Робот-прыгун, похожий на веснянку

Крошечное устройство может прыгать на 23 длины своего тела. Веснянки, маленькие насекомые, часто встречающиеся в лиственном опаде и садовой почве, являются опытными прыгунами. Вдохновленные этими прыгающими шестиногими, инженеры из Школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона при Гарвардском университете создали шагающего и прыгающего робота, который расширяет границы возможностей маленьких роботов. Исследование, опубликованное в журнале Science Robotics, дает представление о будущем, где ловкие микророботы могут пробираться через крошечные пространства, скакать по опасной местности и ощущать окружающую среду без вмешательства человека. Новый робот Гарварда был создан в лаборатории Роберта Дж.Вуда, профессора инженерии и прикладных наук Гарварда.

Это модификация Гарвардского амбулаторного микроробота (HAMR), платформы, изначально смоделированной по образцу ловкого и труднопобедимого таракана. Теперь HAMR оснащен роботизированной фуркулой — вилковидным, хвостатым придатком, расположенным под телом веснянки, который она отталкивает от земли, чтобы прыгнуть в воздух. «Веснянки интересны как источник вдохновения, учитывая их повсеместное распространение как в пространстве, так и во времени на разных эволюционных масштабах», — сказал Вуд. «У них есть уникальный механизм, который включает в себя быстрый контакт с землей, как быстрый удар, чтобы передать импульс и инициировать прыжок».

Для того чтобы взлететь, робот использует так называемое пружинное воздействие с запорным механизмом, при котором потенциальная энергия накапливается в эластичном элементе — фуркуле, который можно развернуть за миллисекунды, как катапульту. Этот физический феномен встречается в природе снова и снова, не только у веснянок: от подергивания языка хамелеона до придатка, который убивает добычу у мантового креветки.

Команда Вуда ранее создала робота, вдохновленного ударами мантового креветки. «Кажется естественным попытаться исследовать использование подобного механизма, а также идеи из прыжков веснянки для маленьких прыгающих роботов», — сказал Вуд. Фуркула веснянки также удивительно проста, состоящая всего из двух или трех соединенных единиц. «Я думаю, что простота этого механизма и привлекла меня к исследованию этого типа решения», — сказал первый автор и бывший научный сотрудник SEAS Франсиско Рамирес Серрано. Команда использовала упрощенные микрофабрикационные технологии, разработанные в лаборатории Вуда, для создания робота размером с ладонь и весом как скрепка, который может ходить, прыгать, лазать, наносить удары и даже поднимать предметы.

Робот демонстрирует одни из самых длинных и высоких прыжков среди существующих роботов относительно длины тела; его лучшее достижение — 1,4 метра, что в 23 раза больше его длины. Для сравнения, аналогичный робот может прыгнуть в два раза дальше, но в 20 раз тяжелее робота Гарварда. «Существующие микророботы, которые перемещаются по ровной местности и прыгают, не обладают той ловкостью, которую имеет наша платформа», — сказал Серрано. Команда включила подробные компьютерные симуляции в проектирование робота, чтобы каждый раз гарантировать его оптимальное приземление, точно контролируя длины его соединений, количество энергии, хранимой в них, и ориентацию робота перед взлетом.

Собрав все виды атлетических способностей в одном легком роботе, команда с нетерпением ждет будущего, где такие роботы, как их, смогут пересекать места, которые люди не могут или не должны посещать. «Ходьба предоставляет точный и эффективный способ перемещения, но ограничена в плане преодоления препятствий», — сказал Вуд. «Прыжки позволяют преодолевать препятствия, но менее контролируемы. Комбинация этих двух режимов может быть эффективной для навигации в природных и неструктурированных средах». Исследование поддержано Исследовательским офисом армии США по гранту № W911NF1510358.

• Почему летучие мыши спят, вися вниз головой?
• Одинокий дельфин развил уникальный язык
• Крылья птиц и летучих мышей: разные пути эволюции
• Обнаружен неожиданно крупный вид древнего млекопитающего в Патагонии
• Путешествия мамонтов связаны с самыми ранними охотничьими лагерями Аляски
• Серые рифовые акулы меняют наши представления о том, как они дышат
• У Галапагосских островов обнаружили корраловый риф
• Обнаружено фильтрующее питание, подобное китовому, у доисторического морского рептилии