Ingenjörsforskare från University of Toronto har skapat en miniatyrrobot som kan krypa med tummaskliknande rörelser. Den underliggande tekniken kan en dag förvandla industrier från flyg till smarta bärbara produkter.

Professor Hani Naguib och hans grupp är specialiserade på smarta material. En linje av deras forskning fokuserar på elektrotermiska ställdon (ETA), enheter gjorda av specialiserade polymerer som kan programmeras för att fysiskt reagera på elektriska eller termiska förändringar.

Till exempel, en ETA kan programmeras för att efterlikna muskelreflexer, spänna sig när det är kallt och koppla av när det är varmt.

Naguib och hans team tillämpar denna teknik på robotteknikområdet, skapa "mjuka" robotar som kan krypa och krulla. De tror att dessa en dag kan ersätta de skrymmande och metallpläterade robotarna som finns i tillverkningsindustrin.

"Just nu, robotarna du hittar i industrin är tunga, solid och avstängd från arbetare på fabriksgolvet, eftersom de utgör säkerhetsrisker, " förklarar Naguib.

"Men tillverkningsindustrin moderniseras för att möta efterfrågan. Allt fler, det finns en betoning på att integrera människa-robot-interaktioner, " tillägger han. "Mjuk, anpassningsbara robotar kan utnyttja det samarbetet."

Även om responsivt material har studerats i årtionden, teamet har upptäckt en ny metod för att programmera dem, vilket resulterade i inchworm-rörelsen som demonstrerades i en tidning som nyligen publicerades i Vetenskapliga rapporter .

"Befintlig forskning dokumenterar programmeringen av ETA från ett platt viloläge. Formprogrammerbarheten för en tvådimensionell struktur är begränsad, så svaret är bara en böjningsrörelse, " förklarar doktorand Yu-Chen (Gary) Sun, tidningens huvudförfattare.

Däremot Sun och hans medförfattare skapade en ETA med ett tredimensionellt vilotillstånd.

De använde en termisk inducerad, stressavslappnande och härdningsmetod som öppnar betydligt fler möjligheter i form och rörelse.

"Det som också är nytt är kraften som krävs för att inducera tummaskens rörelse. Vår är effektivare än något annat som har funnits i forskningslitteraturen hittills, säger Sun.

Naguib säger att dessa programmerbara formskiftande mjuka robotar inte bara kommer att revolutionera tillverkningsindustrin:de kan vara användbara inom områden inklusive säkerhet, flyg, kirurgi och bärbar elektronik.

"I situationer där människor kan vara i fara - en gasläcka eller en brand - kan vi utrusta en krypande robot med en sensor för att mäta den skadliga miljön, " förklarar Naguib. "Inom flyget, vi kunde se smarta material vara nyckeln till nästa generations flygplan med vingar som förändras."

Även om han påpekar att det kommer att dröja innan världen ser flygplan med modifierade vingar, den mest omedelbara effekten kommer att ses i bärbar teknologi.

"Vi jobbar på att applicera detta material på plagg. Dessa plagg skulle komprimeras eller släppa baserat på kroppstemperatur, som kan vara terapeutiskt för idrottare, " säger Naguib. Teamet studerar också om smarta plagg kan vara till nytta för ryggmärgsskador.

Under nästa år, Naguibs team är fokuserade på att påskynda den lyhörda kryprörelsen, och titta på andra konfigurationer.

"I detta fall, vi har tränat den att röra sig som en mask, " säger han. "Men vårt innovativa tillvägagångssätt innebär att vi kan träna robotar att efterlikna många rörelser - som vingarna på en fjäril."