Вдохновленные гепардами, исследователи создают быстрых мягких роботов
Вдохновленные биомеханикой гепардов, исследователи разработали новый тип мягкого робота, который способен перемещаться быстрее на твердой поверхности или в воде, чем предыдущие поколения мягких роботов. Новая мягкая робототехника также способна деликатно захватывать предметы — или с достаточной силой, чтобы поднимать тяжелые предметы.
«Гепарды являются самыми быстрыми существами на земле, и они получают свою скорость и мощность от сгибания их позвоночников», — говорит Джи Инь, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической инженерии в Университете штата Северная Каролина и соответствующий автор статьи о новом мягкие роботы.
«Гепард вдохновил нас на создание мягкого робота с пружинным« бистабильным »позвоночником, что означает, что у робота два стабильных состояния», — говорит Инь. «Мы можем быстро переключаться между этими стабильными состояниями, закачивая воздух в каналы, которые окружают мягкого силиконового робота. Переключение между двумя состояниями высвобождает значительное количество энергии, позволяя роботу быстро прикладывать силу к земле. Это позволяет роботу галопом по поверхности, это означает, что его ноги уходят от земли.
«Предыдущие мягкие роботы были гусеницами, постоянно находящимися в контакте с землей. Это ограничивает их скорость».
Самые быстрые мягкие роботы до сих пор могли двигаться со скоростью до 0,8 длины тела в секунду на плоских и твердых поверхностях. Новый класс мягких роботов, которые называются «Усиление эластичной нестабильности для усиленной производительности» (LEAP), способен развивать скорость до 2,7 длины тела в секунду — более чем в три раза быстрее — при низкой частоте срабатывания около 3 Гц. Эти новые роботы также способны преодолевать крутые склоны, которые могут быть сложными или невозможными для мягких роботов, которые оказывают меньшее воздействие на землю.
Эти «скачущие» роботы LEAP имеют длину около 7 сантиметров и весят около 45 граммов.
Исследователи также продемонстрировали, что дизайн LEAP может улучшить скорость плавания для мягких роботов. Прикрепив плавник, а не ноги, робот LEAP мог плавать со скоростью 0,78 длины тела в секунду по сравнению с 0,7 длины тела в секунду для предыдущего самого быстрого плавательного мягкого робота.
«Мы также продемонстрировали использование нескольких мягких роботов, работающих вместе, например, клещи, для захвата предметов», — говорит Инь. «Настраивая силу, оказываемую роботами, мы могли поднимать такие же тонкие объекты, как яйцо, а также предметы весом 10 кг и более».
Исследователи отмечают, что эта работа служит подтверждением концепции и с оптимизмом смотрит на то, что они могут изменить дизайн, чтобы роботы LEAP стали еще быстрее и мощнее.
«Потенциальные приложения включают технологии поиска и спасания, где важна скорость, и промышленное производство робототехники», — говорит Инь. «Например, представьте себе робототехнику производственной линии, которая быстрее, но все же способна обрабатывать хрупкие объекты.
«Мы открыты для сотрудничества с частным сектором с целью отладки способов, с помощью которых они могут использовать эту технологию в своей работе».
Работа выполнена при поддержке Национального научного фонда в рамках грантов 2010717 и 2005374.
