Технології
Технології

Робот-ящірка навчився лазити стінами

Австралійські інженери створили робота за подобою ящірки та з’ясували, що рух його кінцівок разом із тілом допомогли йому долати більші відстані та навіть видиратися на стіни. Цікаво, що робот однаково ефективно рухався, вигинаючи лапи і всередину, назовні у той час, як ящірки вміють згинати кінцівки лише назовні. Детальніше своє дослідження особливостей пересування ящірок та їхнє використання для робота вчені описали у статті, опублікованій у Proceedings of the Royal Society B.

Робот плазує стіною з килимовим покриттям та рухає спинкою. Johanna T. Schultz, Hendrik K. Beck, Tina Haagensen, Tasmin Proost, Christofer J. Clemente

Робот плазує стіною з килимовим покриттям та рухає спинкою. Johanna T. Schultz, Hendrik K. Beck, Tina Haagensen, Tasmin Proost, Christofer J. Clemente

Як роботи підкорюють стіни?

Роботи-альпіністи, яки б могли підкорювати стіни, дерева та печери корисні для досліджень, які б несли найменший вплив на середовище, а також для операцій з пошуку та порятунку постраждалих у складних умовах. Однак, спроби створити робота, який би міг швидко дертися по стінах довгий час були проблемою у робототехніці. Вчені зверталися до спеціальних пристосувань для кріплення, наприклад, магнітів або присосок. Однак, роботи мають бути автономними, щоб уникати небезпеки та обмежень подібних кріплень: одна помилка чи необережний крок можуть призвести до падіння та поламки. Ефективність роботів, які могли б навчитися лазити вертикальними поверхнями дуже обмежена складністю їхньої конструкції.

Жорсткі роботи, які можуть виконувати багато функцій на кшталт спостереження та навіть маніпулювання предметами, зазвичай покладаються на складні механізми. Вони складаються з жорстких приводів (таких як електромагнітні або електростатичні двигуни), а також, щоб нести все це не собі, їм необхідні принаймні колеса. Таким чином роботи виходять надто важкими та негнучкими. Втім, інженери зверталися і до м’якої робототехніки, яка зазвичай обходить жорстких роботів у вмінні повзати, хапати предмети, рухатися різними середовищами й навіть добиратися до Маріанського жолоба. Але підвищення продуктивності в одному завданні досягається за рахунок зниження ефективності іншої, а тому інженерам доводиться обирати між, наприклад, стійкістю, швидкістю або гнучкістю.

Навіщо вченим роботи-ящірки?

Інженери не вперше шукають натхнення у природі. Природними «альпіністами», цікавими робототехнікам, є комахи, рептилії і черви. Багато дослідників намагаються імітувати павуків, які, здатні підійматися майже на будь-яку поверхню та добре маневрувати. Однак, шість лап для інженера є набагато складнішою задачею, аніж чотири.

Чотириногий робот, хоча і володіє меншими можливостями маневрування, теоретично швидший та менш складний у збірці. Тим паче, що ящірки знайшли оптимальний спосіб безпечно лазити вертикальними поверхнями, щоб уникати хижаків та шукати їжу. У своїй роботі вчені чотири роки досліджували особливості пересування плазунів та дійшли висновку, що їм допомагає можливість вивертання лап, що можна передати роботу.

Як плазує робот?

Створений інженерами роботизований плазун має розмір близько 24 сантиметрів та такі самі, як і в геконів, рухливі кінцівки й тулуб. Вони виявили, що найбільшу відстань робот здатний пройти, поєднуючи рухи кінцівок з рухами хребта з боку в бік, хоч і вміє згинати тулуб всього на 50 градусів, перш ніж зрушити лапи. Він також міг рухатися, просто обертаючи хребет, однак найбільш ефективний рух все ж забезпечувався великою кількістю рухів кінцівками, та невеликою підтримкою тулуба. Щоб перевірити свого плазуна, вчені влаштували йому змагання із вертикального лазіння по стіні з килимовим покриттям зі звичайними домашніми геконами (Hemidactylus frenatus) і австралійськими водяними драконами (Intellagama lesueurii).

Так дослідники з’ясували, що кращий спосіб як для ящірок, так і для роботів збільшити відстань, на яку вони здатні піднятися, — це використовувати підхід золотої середини. Так коли робот підіймався, рухаючись зі швидкістю понад 70 відсотків або менше 40 відсотків від своєї максимальної швидкості, ймовірність падіння у нього становила 50 відсотків. Ящірки ж найуспішніше підіймалися зі швидкістю від 60 до 80 відсотків від максимальної швидкості бігу, на який вони здатні. Стовідсоткового успіху в утримуванні на стіні робот досягав, коли його передні кінцівки були повернені назовні на 20 градусів, а задні — на 100 градусів. Він також міцно тримався за стіну, коли його кінцівки були повернені всередину на ті ж кути. Можливо, якби ящірки також вміли крутити кінцівками в обидві сторони, їм би також не було різниці, яким чином плазувати, припускають вчені.