Разработкой и исследованием гибких микросхем, печатных плат и механоэлектрических систем, напечатанных на специальных принтерах, занимается специальная отрасль науки и технологии —
флексоника.
Пока «печатные» технологии довольно дорого обходятся потребителю. Как сообщает OhmyNews, принтер, «печатающий» живые клетки на тонких листах и находящийся в университетской школе медицины Wake Forest в
Северной Каролине, США, стоит почти $100 тыс. Как утверждают ученые, с его помощью через несколько лет медики смогут «печатать» даже целые органы — почки или
печень.
Также распространена струйная 3D-печать, использующая термопластик в качестве чернил. Thermojet printer — один из первых 3D-принтеров от компании 3D Systems, печатающий трехмерные объекты. Его в основном используют при создании различных прототипов деталей, архитектурных элементов и т.д. Сегодня Thermojet 3D стоит порядка $10 тыс., но, как предполагают аналитики, через десять лет его стоимость упадет ниже $1 тыс.
Однако при производстве «печатного» робота важнее создать его функциональное устройство, нежели форму. То есть — напечатать процессор, микросхемы, актюаторы и т.д.
Фундамент флексоники заложило открытие проводящих электричество полимеров нобелевскими лауреатами, учеными-химиками Аланом Хиигером (Alan Heeger), Аланом Макдармидом (Alan MacDiarmid) и Хидеки Ширакавой (Hideki Shirakawa) в 2000 году. Главный упор по применению полимеров ученые сделали на гибкую электронику, «электронные газеты» и другие мультимедиаустройства. Так, к примеру, Рэнди Альтшул (Randi Altschul) запатентовал в 2000-м году полностью гибкий мобильный телефон, который годом позже был создан компанией NEC.
В дальнейшем было обнаружено, что полупроводниковые полимеры полианилин и полипиррол можно допировать различными химическими соединениями, образовав эффект «синтетических металлов».
Казалось — вот основа для «печатных» роботов. Но для флексоники одних печатных плат недостаточно, поэтому ученые попытались сделать некоторые мехатронные элементы органическими, чтобы их можно было наносить с помощью струйных принтеров. Так появились эластомерные органические актюаторы, хорошо работающие с органическими транзисторами, печать которых тоже была освоена.
Университет Беркли, США, долгое время занимался проблемами флексоники, и в настоящее время может представить некоторые достижения в этой области.
Так, на основе органических печатных схем и ряда полимерных актюаторов ученые предложили концепцию роботов-оригами, которые после их «печати» на специальном субстрате сгибаются в определенных направлениях, формируя готового робота. Технологический принцип «один лист — один робот» очень привлекателен с производственной точки зрения. Так можно получить готовый продукт сразу после его разработки и тестирования прототипов. Отпадает необходимость в выполнении промежуточных операций, что, естественно, снизит стоимость готового продукта.
На сегодняшний день все компоненты, широко используемые в робототехнике, доступны для «печати»: наноэлектронные компоненты, OLED-дисплеи, RFID-чипы, органические актюаторы и искусственные мускулы.
Недавно ученым удалось даже создать сухую «печатную батарею», генерирующую 1,5 В. Анодом выступает цинковый электрод, а катодом — диоксид марганца, нанесенный сверху электрода специальными чернилами. Есть все предпосылки к тому, что будет возможно печатать даже солнечные батареи, что существенно увеличит автономность и энергонезависимость «печатных роботов».
В качестве первого прототипа ученые из Беркли предлагают «напечатать» искусственную бабочку-робота. Она печатается на одном листе и после изготовления уже может летать. Названа подобная технология робот-оригами. Некоторые исследователи из NASA, в частности, доктор Йозеф Бар-Коэн (Yoseph Bar-Cohen) из лаборатории реактивного движения (JPL), планирует на основе оригами-технологии сконструировать биомиметических роботов — кибернетические системы, которые будут подражать простейшим природным организмам.
Дешевизна и адаптируемость «печатных роботов» позволит массово их использовать при исследовании других планет. Д-р Бар-Коэн планирует спроектировать универсального марсианского разведчика, который будет разворачиваться после его «запуска» на поверхность планеты. А после «свертки» будет исследовать поверхность, передавая различную телеметрическую информацию на зонд, обрабатывающий данные, которые будут поступать от сети биомиметических разведчиков.
В том, что массовая печать роботов на специальных струйных принтерах — дело прибыльное и перспективное, — ученые не сомневаются. Единственные разногласия возникают при попытке оценить, как скоро флексоника появится в бытовом обиходе. В принципе, потребителей можно было бы обеспечить робото-принтерами стоимостью до $1000, модели для которых можно было бы приобрести через интернет. Тогда каждый пользователь обзавелся бы целым электронным «семейством».
Поделиться