В поисках наилучших способов использования хвоста для движения робота ученые из Мичиганского университета (UM) и Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) обнаружили, что млекопитающие давно уже научились этому, причем гораздо эффективнее.
«Природа по сути создала два типа хвостов позвоночных. Тяжелые, мускулистые хвосты ящериц, способные переориентировать тело в одной плоскости вращения, вдохновили на создание множества роботов с жесткими хвостами. Легкие, приводимые в движение сухожилиями хвосты млекопитающих, таких как кошки, кажутся на первый взгляд менее эффективными. Но мы заметили, что хвосты млекопитающих могут образовывать более сложные трехмерные кривые, и многие животные, по-видимому, все равно способны маневрировать с помощью хвоста», — рассказала доцент кафедры робототехники UM Талия Мур, одна из авторов исследования в Journal of the Royal Society Interface.
Более десяти лет назад Мур пыталась изучить использование тушканчиками хвоста для маневров. Но описывающее движение хвоста уравнение показало, что скорости манипулирования им недостаточно для управления телом, и она отложила тему в долгий ящик.
Мур вернулась к этому, когда ее аспирант Сюнь Фу задумал спроектировать хвостатого робота. Тогда ученые решили провести детальное компьютерное моделирование, и оно, по их утверждению, стало первым, оценившим эффективность различных сложных конечностей для скручивания и поворота в трехмерном пространстве.
Вкратце, задачей было вычисление максимально эффективной конфигурации хвоста, чтобы с его помощью коробчатое тело могло переориентироваться, переворачиваясь и вращаясь в невесомости. Каждый хвост оценивался по тому, насколько приблизилось к цели движимое им тело.
Наилучшие результаты показали хвосты с максимальным количеством сегментов разной длины — от самого короткого, быстро удлиняясь до самого длинного, а затем постепенно укорачиваясь к кончику хвоста.
Мур и Фу обратились к сотрудникам из UCSD, которые изучали музейные образцы хвостовых костей млекопитающих. Оказалось, почти у всех млекопитающих, маневрирующих хвостом, он приблизительно так и устроен.
По словам Мур, разработанные ее командой симуляции хвостов можно расширить для расчета эффективности движения рук, ног или крыльев в сложных трехмерных формах для поворотов и изгибов в воздухе, поддержания равновесия и т. п., что поможет в изучении биомеханики людей и животных, а также проектировании роботов.
Для большей мощности мягкие роботы имитируют удар рака-богомола и прыжок блохи — видео
Для летающих роботов сделали крылья, как у колибри, с датчиками ветра — видео