Американські інженери знайшли новий спосіб «приклеювати» робота до поверхонь та наділили його гнучким диском з вібраціями. Вібрація діє як присоска, створюючи тиск між роботом і поверхнею - так робот проліз вгору шафою, пройшов повне коло у колесі та переніс кілька бляшанок з лимонадом. Про нього дослідники розповіли у Advanced Intelligent Systems.
UC San Diego Bioinspired Robotics and Design Lab
Чим інженерів не влаштовували попередні підходи?
Керована адгезія, тобто здатність вибірково прикріплюватися або від'єднуватися від поверхні, є важливою задачею для багатьох систем, наприклад, обладнання для обробки матеріалів, роботів для лазіння по стінах чи механізмів для захоплення і розміщення предметів. Такі роботи могли б допомагати із оглядом, дослідженням і навіть ремонтом у складних для людей середовищах. Їх намагаються створити, звертаючись до методів, заснованих на пневматичних та електромагнітних силах. Однак ці підходи, як правило, обмежуються непористими і магнітними поверхнями, а на додаток до поверхневих обмежень, для таких роботів зазвичай потрібне додаткове громіздке обладнання на кшталт насосів і магнітів.
І хоч так у робота нема необхідності прямо контактувати із поверхнями, адже маніпулятор або мобільний робот плавно ковзає нею, у невеликих масштабах ці переваги втрачаються, оскільки виробництво, наприклад, мікронасосів вимагає спеціалізованого високоточного обладнання. Також часто робототехніки звертаються до тваринного світу, аби наділили свої винаходи корисними вміннями - наприклад, лазити роботів вчать павуки, комахи та рептилії. Але тоді роботам необхідні лапки (а іноді навіть шість), що для інженерів вже незручна задача, бо тоді їм доводиться обирати між стійкістю, швидкістю або гнучкістю, а також якось вигадувати не надто складний спосіб організувати рух загалом.
Чим пропонують натомість «приклеювати» робота?
Прикріплення робота до поверхні інженери домоглися за допомогою вібрації гнучкої пластини, яка створила сильну і контрольовану силу тяжіння. Цей механізм має унікальну властивість забезпечувати міцне зчеплення, відповідно до поверхні, але при цьому має низький опір, тобто може швидко рухатися, що робить його привабливим для мобільних роботів. Він складається з двох основних підсистем: гнучкого диска з джерелом вібрації, який створює коливання, перпендикулярні поверхні, для створення зчеплення, і системи приводу, яка забезпечує стабільний контакт між диском і поверхнею для пересування.
Гнучкий диск діаметром 14 сантиметрів вібрує із частотою 200 герців, тим самим утворюючи тонкий шар повітря та низького тиску між собою і поверхнею. Вібрацію підтримує і маса робота, тож утворена коливальна сила не обмежується певною віссю руху. Хоча створений шар повітря має товщину менше одного міліметра, диск може витримувати силу натягу до п’яти ньютонів. Зовні це схоже на всмоктування, ніби робот послуговується присосками, однак йому зовсім нема необхідності безпосередньо торкатися поверхні. А отже він може довго працювати, не порушуючи зчеплення: двигун працював протягом 40 хвилин без помітного зниження адгезії.
UC San Diego Bioinspired Robotics and Design Lab / YouTube
Що він вміє?
Роботу дали три задачі: прокататися колесом, видертися на шафу і принести бляшанку содової. Остання давала навантаження майже у чотири ньютони, однак йому вдалося зачепити її гачком та перенести. В експерименті із шафою та колесом, робот показав відмінні результати, жодного разу не впавши. Так він проїхався по внутрішній частині горизонтального циліндра діаметром 0,9 метра за 56 секунд. Втім, поки у робота є багато обмежень. Так найбільшою проблемою є умови, за яких він може виконувати свої трюки - йому необхідна частота у 200 герців, яку ми, люди, дуже добре чуємо. Але зробити його менш голосним неможливо, бо система має бути постійно ввімкненою, тому вчені пропонують запускати свій пристрій десь подалі від людей або додати йому шумозахисні бар'єри - наприклад, шумоізоляційну піну.
UC San Diego Bioinspired Robotics and Design Lab / YouTube
Також є питання до витримуваних ним навантажень. Річ у тім, що зі збільшенням розмірів диску, доведеться збільшувати двигун, а загальна маса системи збільшується швидше, ніж величина адгезії, яку ви отримуєте. Мікроробота також не вдасться створити, бо зменшення розміру означає, що двигун починає приймати непропорційно велику вагу. За словами вчених, залежно від застосування може бути вигідно комбінувати кілька геометрій дисків для досягнення бажаної вантажопідйомності і стійкості. Втім, поки ще невідомо, де робот зможе працювати - інженери з’ясували, що система стійка до невеликих порожнин на поверхні, але не здатна підтримувати адгезію до дуже пористих матеріалів на кшталт піни. Також неясно, чи буде цей метод працювати під водою або в рідкому робочому середовищі, а не на повітрі.