Istraživači sa Sveučilišta Carnegie Mellon u Pittsburghu stvorili su robote koji mogu mijenjati oblik metamorfiranjem između čvrstog i tekućeg stanja, što im omogućuje izvođenje pothvata poput izlaska iz kaveza na način koji neodoljivo podsjeća na robote T-1000 iz franšize filmova Terminator, izvještava nova studija objavljena 25. siječnja u znanstvenom časopisu Matter.

Minijaturni roboti mogu se prebacivati iz krutog u tekuće stanje i ponovo vraćati u kruto, što im omogućava da se s lakoćom zavlače u tijesne prostore i obavljaju zadatke poput lemljenja tiskanih pločica, ciljane isporuke lijekova ili vađenja stranih tijela iz organizma.

Oblik i kretanje robota kontroliraju magnetska polja, što je inovativan pristup koji bi mogao dovesti do razvoja novih biomedicinskih i inženjerskih tehnologija. Ovo svojstvo promjene agregatnog stanja kojim se može daljinski upravljati pomoću magnetskog polja temelji se na metalu galiju: istraživači su u galij ugradili magnetske čestice kako bi pomoću izvanjskog magneta usmjeravali kretanje mekanog, fleksibilnog robota koji može biti beskontaktno kontroliran, mijenjati agregatno stanje i oblik, te se provlačiti kroz uske prolaze.

Znanstvenici već nekoliko godina razvijaju tzv. mekane robote s magnetskom kontrolom. Većina do sada ispitivanih robota bila je izrađena ili od rastezljivih ali krutih materijala koji ne mogu prolaziti kroz uske prostore ili pak od magnetskih fluida, koje jesu tekućine, ali ih se ne može koristiti za transport težih predmeta. U novoj studiji istraživači su kombinirali oba pristupa nakon što su potražili inspiraciju u prirodi: morski krastavci, na primjer, mogu vrlo brzo i reverzibilno promijeniti svoje agregatno stanje iz skoro sasvim tekućeg u kruto i obratno. Oponašanje takvih svojstava je za inženjere bio velik izazov.

Stoga se tim okrenuo galiju, metalu koji se tali na oko 30°C, malo iznad sobne temperature. Umjesto grijanja metala u svrhu mijenjanja njegovog agregatnog stanja, istraživači su ga izložili izmjeničnom magnetnom polju. Promjenjivo magnetsko polje unutar galija stvara elektricitet, uzrokujući njegovo zagrijavanje i topljenje. Materijal se ponovno skrućuje kada se elektromagnetno polje isključi i galij ostavi da se ohladi na sobnu temperaturu. Takav „magnetno obogaćeni“ galij može nositi oko 10.000 puta veću težinu od vlastite.

Mekani roboti su znatno fleksibilniji od svojih "kolega" s tvrdim tijelom, no mana im nedostatak je u tome što nisu tako snažni, brzi ili podložni upravljanju kao čvrsti strojevi. No, sada je međunarodni tim inženjera koristio galij u kojega su ugrađene magnetske mikročestice, pa ga trajni magnet može pomicati u prostoru i to zavidnom brzinom: dok je galij u čvrstom obliku, magnet može pokretati robota brzinom od oko 1,5 metara u sekundi. Istraživači su materijale i strojeve izrađene od njih nazvali skraćenicom MPTM (od engl. „magnetoactive phase transitional matter“).

Istraživači  su svoje hipoteze testirali na sićušnim strojevima koji su obavljali različite zadatke. U atraktivnoj demonstraciji koja izgleda kao da je izvučena izravno iz filma Terminator 2, galijski robotić oblikovan poput Lego-figurice je „pobjegao iz zatvorske ćelije“ tako što se rastalio kroz rešetke i ponovno stvrdnuo u svoj izvorni oblik s druge "kaveza". U drugoj, praktičnijoj primjeni, galijski mikro-robot je izvadio „strano tijelo“ (plastičnu kuglicu) iz modela ljudskog želuca tako što se postupno otapao kako bi se omotao oko stranog tijela, stvrdnuo se oko njega i potom ga izvukao iz organa. U trećoj demonstraciji, galij se otopio i ponovno stvrdnuo u postupku preciznog lemljenja tiskane ploče.

Inače, s obzirom na svoje talište, galij bi se unutar živog ljudskog tijela pretvorio u bezobličnu tekućinu, budući da se topi na temperaturi nižoj od normalnih tjelesnih 37°C. Stoga autori istraživanja navode kako bi se u biomedicinskim primjenama galiju u svrhu podizanja temperature tališta dodalo još nekoliko metala, poput bizmuta i kositra.

„Kolege inženjeri u nekoliko istraživačkih laboratorija već neko vrijeme rade na malim, magnetski osjetljivim robotima i strojevima", rekao je Carmel Majidi, koji vodi Laboratorij za meke strojeve na Sveučilištu Carnegie Mellon. „Paralelno s tim, drugi timovi istraživača koriste metale koji imaju vrlo nisko talište, dakle metale poput galija. Istraživanje koje smo mi proveli jedan od je pokušaja spajanja ta dva pristupa – rad s tekućim metalima i magnetnom manipulacijom. Nadali smo se scenariju 'najboljeg od oba svijeta' u kojem bismo mogli iskoristiti visoku električnu vodljivost i sposobnost promjene faza metala galija s magnetskom reakcijom sustava magnetskih mikročestica.“

Svojstvo dinamičkog mijenjanja oblika i agregatnog stanja robota bi se moglo prilagoditi tako da ima praktičnu primjenu na mnogim poljima, posebice u biomedicini. Buduće iteracije MPTM strojeva mogle bi isporučivati lijekove ciljanim organima ili izvlačiti opasne predmete iz tijela. Sposobnost shape-shiftinga između čvrstog i tekućeg stanja bi mogla biti korisna i u pristupu ograničenim ili teško dostupnim prostorima unutar strojeva i preciznih konstrukcija.