Теперь исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) в сотрудничестве с коллегами из Калифорнийского технологического института разработали способ передачи механических сигналов через мягкие материалы.Исследование описано в Трудах Национальной академии наук.
«Мягким автономным системам уделялось много внимания, потому что, как и человеческое тело или другие биологические системы, они могут быть адаптивными и выполнять тонкие движения. Однако сильно рассеивающая природа мягких материалов ограничивает или полностью препятствует определенным функциям », — сказал Джордан Рэйни, научный сотрудник SEAS и первый автор статьи. «Сохраняя энергию в самой архитектуре, мы можем компенсировать потери энергии из-за рассеяния, позволяя распространять механические сигналы на большие расстояния».Система использует многовековую концепцию бистабильных лучей — структур, устойчивых в двух различных состояниях — для хранения и высвобождения упругой энергии на пути волны. Система состоит из цепочки бистабильных эластомерных балок, соединенных эластомерными линейными пружинами.
Когда эти балки деформируются, они ломаются и накапливают энергию в виде упругой деформации. Когда сигнал движется вниз по эластомеру, он защелкивает балки на месте, высвобождая накопленную энергию и отправляя сигнал вниз по потоку, как линия домино. Бистабильная система предотвращает рассеяние сигнала ниже по потоку.
«Эта конструкция решает две фундаментальные проблемы при передаче информации через материалы», — сказала Катя Бертольди, доцент естественных наук в SEAS и старший автор статьи Джона Л. Леба. «Он не только преодолевает рассеяние, но также устраняет эффекты дисперсии, так что сигнал распространяется без искажений. Таким образом, мы поддерживаем мощность и четкость сигнала от начала до конца ».
Геометрия балки требует точных технологий изготовления. Если угол или толщина одного луча отклоняются на один градус или миллиметр, вся система выходит из строя.Команда использовала передовые методы 3D-печати для изготовления системы.
«Мы разрабатываем новые материалы и методы печати, которые позволяют изготавливать мягкие материалы с программируемыми бистабильными элементами», — сказала Дженнифер А. Льюис, профессор биологической инженерии Hansjorg Wyss и соавтор статьи.Команда разработала и напечатала мягкий логический вентиль, используя эту систему.
Гейтом, который выглядит как камертон, можно управлять как вентиль И или ИЛИ.«Удивительно, что вы можете сделать, используя простые балки — строительный блок, который существовал около сотен лет, — сказал Бертольди. — Вы можете делать новые вещи с очень старым, хорошо изученным и очень простым компонентом».