В стремлении наделить роботов человекообразной грацией даже в ледяном пространстве космоса Лаборатория реактивного движения NASA (JPL) создает экзотические шестерни, выполняемые из экзотических материалов.
Технолог Дуглас Хофманн и его команда описывают эти механические детали как высокоточные шестерни, изготовленные из наливного металлического стекла и способные обеспечить роботам более изящные движения при одновременном снижении стоимости.
По данным NASA, ключевым материалом для таких более ловких роботов является металл, который на самом деле не металл – его даже нельзя отнести к твердым веществам. На самом деле, он имеет больше общего со стеклом.
Металлы обычно имеют кристаллическую структуру, которая присуща твердым веществам. Стекло, наоборот, при всей своей твердости, не является твердым веществом. На техническом языке оно является, как известно, переохлажденной жидкостью. То есть, когда расплавленное стекло остывает, его внутренняя структура остается мало упорядоченной, атомы выстраиваются в виде случайных фигур вместо геометрического порядка кристаллов. Это отсутствие порядка дает стеклу многие из его свойств, в том числе твердость и эффектное раскалывание.
Открытые в Калифорнийском технологическом институте в 1960 году металлические стекла являются особыми металлами, которые используются в различных изделиях. По своей внутренней структуре их можно отнести к стеклу. Они образуются путем плавления металлов, пока атомы не перемешаются, а затем внезапно охлаждают при температуре 1000˚C. При этом металл становится твердым телом так быстро, что нет времени для того, чтобы кристаллизоваться. В результате получается металл в виде переохлажденной жидкости – как стекло. Такой металл в кусках размером более 1 мм называется Bulk Metallic Glass (BMG).
Металлические стекла могут течь, как обычные стекла, и даже могут быть нагреты до пластического состояния и разбиты, как стекло. Они также имеют низкую температуру плавления, так что могут быть отлиты с использованием литьевой технологии, какую используют для производства бутылок из стекла или пластика. Но при этом сохраняется прочность и долговечность металла.
Американское космическое агентство заинтересовалось BMG, потому что этот материал не становятся ломким на сильном холоде и может работать без смазки при температуре до -200˚ C. Это означает, что роботы, сделанные с использованием готовых шестерен из BMG, будут работать без использования энергоемких обогревателей, необходимых на марсоходах для подогрева смазки.
BMG особенно полезны при производстве шестеренок для волновой механической передачи, которая широко используется в робототехнике. Эти гармонические редукторы весьма компактны, но имеют очень высокие передаточные отношения.
Такая передача позволяет делать компактные, очень точные механизмы, которые особенно подходят для человекоподобных роботов. Но стальные версии сложны и очень дороги для массового производства. Есть надежда на то, что с помощью металлического стекла можно будет создавать волновые механические передачи, которые не только намного дешевле, но еще и лучше справляются с чрезвычайно низкими температурами.
Комментарии
(0) Добавить комментарий