Натхненні тим, як мурахи пересуваються вузькими просторами, вкорочуючи свої ноги, вчені створили робота, який втягує кінцівки, щоб пересуватися у вузьких проходах.
Робот міг згорбитись і швидко проходити через проходи , які були вужчими та коротшими за нього самого , повідомляють дослідники 20 січня в Advanced Intelligent System s. Він також міг перелазити по сходах і пересуватися по траві, пухкому камінню, мульчі та подрібненому граніту.
Така загальність і адаптивність є головними проблемами пересування роботів на ногах, каже інженер-робототехнік Фейфей Цянь, який не брав участі в дослідженні. Деякі роботи мають спеціалізовані кінцівки для переміщення по певній місцевості, але вони не можуть протиснутися в невеликі простори.
«Дизайн, який може адаптуватися до різноманітних середовищ із різним масштабом або жорсткістю, є набагато складнішим, оскільки потрібно враховувати компроміси між різними середовищами», — каже Цянь з Університету Південної Каліфорнії в Лос-Анджелесі.
Для натхнення дослідники в новому дослідженні звернулися до мурах. «Комахи є справді гарним джерелом натхнення для розробки систем роботів , які мають мінімальну активацію, але можуть виконувати безліч рухових дій», — каже Нік Гревіш, робототехнік з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго. Мурахи пристосовують свою позу, щоб повзати через крихітні простори. І їм не заважають нерівності місцевості чи невеликі перешкоди. Наприклад, їхні ноги трохи згинаються, коли вони вдаряються об предмет, каже Ґрейвіш, і мурахи продовжують швидко рухатися вперед.
Гравіш і його колеги побудували невисокого кремезного робота — приблизно 30 сантиметрів завширшки та 20 сантиметрів завдовжки — із чотирма хвилястими телескопічними кінцівками. Кожна кінцівка складається з шести вкладених один в одного концентричних трубок, які можуть втягуватися одна в одну. Більше того, кінцівки не потрібно активувати або регулювати, щоб змінити їх загальну довжину. Натомість пружини, які з’єднують сегменти ніг, автоматично дозволяють ногам стискатися, коли робот переміщається у вузькому просторі, і витягуватися назад у відкритому просторі. Метою було побудувати механічно розумні структури, а не алгоритмічно розумних роботів.
«Ймовірно, це швидше, ніж активне керування, [що] вимагає від робота спочатку відчути контакт із середовищем, обчислити відповідну дію, а потім надіслати команду своїм двигунам», — каже Цянь про ці ноги. Видалення датчиків і обчислювальних компонентів також може зробити роботів маленькими, дешевими і менш енергоємними.
Робот міг змінювати ширину та висоту свого тіла, щоб отримати більший діапазон розмірів тіла, ніж інші подібні роботи. Сегменти ніг стягувалися всередину, дозволяючи роботу ворушитися крізь маленькі тунелі та розтягнутися під низькою стелею. Завдяки таким адаптивним можливостям робот протиснувся в приміщення розміром лише 72 відсотки його повної ширини та 68 відсотків повної довжини.
Подібно до мурашок, новий тип роботів може стискати ноги, щоб пересуватися у вузьких просторах, і згорбитись, щоб подолати простори, коротші за себе. Він також може перелазити по сходах і пересуватися по траві та пухких каменях.
Далі дослідники планують активно контролювати жорсткість пружин, які з’єднують сегменти ніг, щоб налаштувати рух відповідно до типу рельєфу, не споживаючи занадто багато енергії. «Таким чином ви можете тримати свою ногу довгою, коли рухаєтеся по відкритій місцевості або над високими об’єктами, але потім згортаєтеся до найменшої можливої форми в обмеженому просторі», — каже Гревіш.
Таких невеликих, мінімальних роботів легко виготовити, і їх можна швидко налаштувати для дослідження складних середовищ. Однак, незважаючи на те, що вони здатні ходити по різних місцевостях, наразі ці роботи занадто крихкі для пошуково-рятувальних робіт, розвідки чи біологічного моніторингу, каже Ґрейвіш.
Новий робот робить крок ближче до цих цілей, але для досягнення цієї мети знадобиться не лише робототехніка, каже Цянь. «Для того, щоб реалізувати ці додатки, знадобиться інтеграція дизайну, контролю, зондування, планування та вдосконалення обладнання».
Але це не цікавить Ґрейвіша. Натомість він хоче пов’язати ці експерименти з тим, що спочатку спостерігали у мурах, і використовувати роботів, щоб поставити більше питань про правила пересування в природі.
«Мені справді хотілося б зрозуміти, як дрібні комахи можуть так швидко пересуватися по певній непередбачуваній місцевості», — каже він. «Що особливого в їхніх кінцівках, що дозволяє їм так швидко рухатися?»