Vedci vytvorili roboty z uzlov. Nemajú motor ani batériu, no po zahriatí vyskočia takmer dva metre vysoko
Vedci vytvorili miniatúrne roboty zo zauzlených vlákien, ktoré po zahriatí vyskočia takmer dva metre do vzduchu. Bez batérie, čipu či motora môžu raz pomáhať pri vysievaní semien aj v suchých oblastiach.
Keď sa ti rozviaže šnúrka na topánke, väčšinou je to len otravný detail, pri ktorom sa zohneš a ideš ďalej. Lenže práve v tom krátkom momente sa deje niečo zaujímavé. Uzol sa nerozpadne pomaly a pokojne, ale náhle povolí a uvoľní energiu, ktorú v sebe držal. Vedci z Pensylvánskej univerzity si všimli presne tento jav a položili si otázku, čo by sa stalo, keby sa uzol nenavrhol tak, aby držal, ale tak, aby sa v správnej chvíli rozviazal.
Z tejto myšlienky vznikli miniatúrne roboty, ktoré sú menšie než tvoj malíček, no dokážu vyskočiť takmer dva metre vysoko. V prepočte na ich veľkosť je to pohyb, ktorý pôsobí až absurdne. Je to podobné, ako keby sa malý predmet položený na stole odrazu vystrelil až ku stropu.
Miniatúrne roboty z uzlov skáču bez motora. Stačí im teplo a správne navrhnuté vlákno
Celý systém funguje na princípe pružiny so západkou. Tou západkou je práve uzol. Predstav si natiahnutú pružinu, ktorú niečo drží na mieste. Kým západka nepovolí, energia zostáva uväznená vo vnútri systému. V tomto prípade sa energia ukladá do skrúteného a zauzleného vlákna.
Keď sa teplota zvýši na 60 až 90 stupňov Celzia, špeciálny materiál okolo uzla sa začne zmršťovať a odkrúcať. Tým uzol povolí len natoľko, aby sa spustila reťazová reakcia. Vlákno sa náhle rozviaže a energia, ktorá bola dovtedy ukrytá v jeho skrútení, sa uvoľní naraz.
Za zlomok sekundy sa uložená energia premení na pohyb. Výsledok pôsobí takmer výbušne. Uzol dlhý len pár milimetrov dokáže vystreliť sám seba takmer dva metre do vzduchu, hoci nemá motor, batériu ani žiadnu elektroniku.
Neprehliadni
Led by @ShuYangPenn, Joseph Bordogna Professor in @MSEatPenn, Penn Engineers have created a programmable knotted fiber that stores energy when twisted and releases it when heated, allowing it to jump, spin and even plant seeds.
“People think of a knotted fiber as something… pic.twitter.com/ARBUTQgi2L
— Penn Engineering (@PennEngineers) April 23, 2026
Kľúčom k úspechu je použitie dvoch protikladných materiálov. Vo vnútri vlákna je kevlarové jadro, ktoré mu dáva pevnosť a umožňuje uložiť viac mechanickej energie. Okolo neho je plášť z tekutokryštalického elastoméru, teda materiálu, ktorý dokáže meniť správanie pri zahriatí. Kevlar sa správa ako pevná kostra, zatiaľ čo elastomér funguje ako aktívna vrstva, ktorá pri teple spustí samotný pohyb.
„Ľudia si myslia, že uzol na vlákne je niečo pasívne. Ale ak starostlivo navrhnete elasticitu a materiály, samotný uzol sa stane aktívnym systémom,“ hovorí Shu Yang, ktorá výskum viedla.
Miniatúrne roboty z uzlov sa neodrážajú vždy rovnako. Typ uzla mení smer, rotáciu aj pristátie
Zaujímavé je, že typ uzla určuje, ako sa robot po odskoku správa. Jednoduchý uzol môže spôsobiť premet alebo prudké prevrátenie. Osmičkový uzol vedie skôr k rotácii. Zložitejšie uzly sa môžu rozväzovať po etapách a vytvárať sekvencie pohybov, ktoré pripomínajú krátke gymnastické cvičenie vo vzduchu.
Pridaním krídla získavajú výskumníci ešte väčšiu kontrolu nad pohybom. Inšpirovali sa semienkami javora, ktoré sa počas pádu otáčajú a vďaka tomu sa dokážu šíriť ďalej od stromu. Niektoré roboty s krídlami pristanú ďaleko od štartu, iné sa dokážu zakriviť späť podobne ako bumerang.
Miniatúrne roboty by mohli vysievať semená aj v suchých oblastiach
Tento systém má praktické využitie, vysievanie semien. Predchádzajúce pokusy s robotickým vysievaním potrebovali na aktiváciu dážď. Problém bol, že silný dážď mohol semená poškodiť alebo odplaviť, zatiaľ čo v suchých oblastiach sa systém vôbec nespustil.
Nový systém využíva namiesto vody teplo. Slnečné svetlo je v mnohých prostrediach predvídateľnejšie než dážď a dokáže spustiť pohyb vlákna. V horúcich regiónoch sa povrch pôdy alebo kameňov môže ľahko zohriať na teploty potrebné na aktiváciu.
„Nemáme vždy dážď, ale máme slnko,“ vysvetľuje Yang.
Účinok je výrazný. Skákací systém vytvára pri prenikaní do pôdy približne tridsaťnásobne väčší tlak než nosiče semien aktivované dažďom. V prvých experimentoch tím pripevnil k skákacím uzlom semená borovice a rukoly. Po pristátí a prieniku do pôdy semená úspešne vyklíčili.
Miniatúrne roboty z uzlov skáču vyššie vďaka spojeniu kevlaru a elastoméru
Prelom prišiel, keď tím pridal do vlákna kevlarové jadro. Väčšia tuhosť umožnila vláknu uložiť výrazne viac energie, čím sa výška skoku zdvojnásobila z približne jedného metra na takmer dva. To je porovnateľné so schopnosťami chvostoskoka, drobného pôdneho živočícha, ktorý je známy mimoriadne prudkým skokom.
„Sú na opačných koncoch spektra. Kevlar poskytuje tuhosť, takže odolá deformácii. Tekutokryštalické elastoméry na druhej strane poskytujú tepelnú aktiváciu. Spolu dosahujú dynamické správanie, ktoré nebolo možné pri tradičných mäkkých robotoch,“ vysvetľuje postdoktorandský spolupracovník Yaoye Hong.
Budúcnosť mäkkých robotov môže byť bez batérií, motorov a externého napájania
Súčasná verzia ešte nie je hotový robot, ktorý by zajtra niekto vysypal z dronu nad lesom. Vedci ju berú skôr ako skúšobný systém, na ktorom si overujú, koľko energie dokáže takéto vlákno uložiť, ako presne sa uzol rozviaže a čo sa stane po dopade do pôdy. Ak by sa podobná technológia mala raz používať vonku, bude potrebné vyriešiť aj materiály, aby boli šetrnejšie k prostrediu.
Dôležitá je aj teplota. Dnes sa vlákno aktivuje približne pri 60 až 90 stupňoch Celzia, čo nemusí byť vhodné pre každé prostredie. Výskumníci preto pracujú na tom, aby sa podobný pohyb dal spustiť aj pri nižšej teplote. Až potom sa ukáže, či môže ísť o reálny nástroj pre poľnohospodárstvo, obnovu krajiny alebo vysievanie semien v ťažko dostupnom teréne.
Zaujímavé na tom celom je, že tento robot nepotrebuje batériu, čip ani motor. Namiesto toho využíva napätie vo vlákne, teplo z okolia a tvar uzla. Skok pripomína pohyb drobných pôdnych živočíchov a krídlo zas kopíruje spôsob, akým sa vo vzduchu otáčajú semená javora.
Na začiatku pritom nestála predstava robotov, ktoré budú raz samy sadiť lesy. Stačil obyčajný uzol a otázka, čo sa v ňom deje, keď povolí. Aj vec, ktorú si bežne spájaš len s rozviazanou šnúrkou na topánke, sa pri správnom materiáli môže zmeniť na malý stroj schopný vystreliť do vzduchu.
