Инженеры из Вашингтонского университета разработали DirectHop — робота массой около одного грамма, который способен совершать несколько последовательных прыжков и подниматься на высоту, достаточную для преодоления стандартной ступеньки лестницы. Об этом сообщает сайт Futurity со ссылкой на пресс-релиз университета.
• Что ждет физлиц и самозанятых с 1 октября: законы вступают в силу
Прыжки как способ передвижения широко распространены среди насекомых и земноводных и почти на два порядка энергоэффективнее полёта. Если комар вынужден постоянно тратить энергию, чтобы держаться в воздухе, то блоха расходует силы только в момент прыжка. Эта экономия может пригодиться и в робототехнике: группа небольших простых прыгающих роботов способна обследовать территорию значительно дешевле, чем летающие дроны. Такие устройства могли бы искать утечки газа на нефтеперерабатывающем заводе, следить за расходом воды и удобрений на ферме или исследовать другие планеты.
Новый робот использует крошечный электромотор и три складные ноги, чтобы подпрыгивать на заданную высоту с точностью до сантиметра. После приземления DirectHop может пошевелиться, чтобы встать на ноги, и подготовиться к следующему прыжку. Прототип помещается на ладони и представляет собой один из этапов на пути к автономному прыгающему роботу, способному передвигаться в разных условиях.
«На мой взгляд, три самых сложных задачи для прыгающих роботов — это умение менять длину прыжка, самостоятельно вставать и перезаряжаться для нескольких прыжков, — говорит старший автор работы Сойер Фуллер, доцент кафедры машиностроения Вашингтонского университета. — DirectHop преодолевает все три препятствия благодаря совершенно новой конструкции, и мы уже близки к решению других задач, таких как бортовое питание, управление и навигация».
• Некачественный бензин грозит владельцам китайских авто неожиданным ремонтом
Большинство прыгающих роботов копируют насекомых вроде блох, которые буквально работают на пружинах. Блоха сжимает и затем высвобождает части экзоскелета, чтобы прыгнуть на расстояние, в 50 раз превышающее её высоту. Роботы с пружинами и защёлками тоже могут преодолевать впечатляющие дистанции, но у них нет простого способа регулировать дальность прыжка: разряд пружины — это действие «всё или ничего», отмечает Фуллер. К тому же пружины и защёлки — сложные механизмы, которые трудно изготавливать и использовать в малых масштабах. Решение DirectHop — полностью отказаться от пружины.
«Мы обнаружили, что очень маленький электромотор способен ускоряться достаточно быстро, чтобы напрямую обеспечить прыжок, подобно тому как мышцы ног лягушки напрямую питают её прыжок, — говорит ведущий автор Ханьцюань (Джон) Ван, аспирант-исследователь Вашингтонского университета в области машиностроения. — Мы также выяснили, что, регулируя ток, подаваемый на мотор, можно заставить робота прыгать на определённое расстояние».
Сам робот состоит из крошечного электромотора, прикреплённого к стойке с помощью отрезка лески. Когда мотор ускоряется, он быстро наматывает леску и подтягивает себя вверх по стойке, увлекая за собой остальную часть робота. Поднимаясь, мотор раскрывает три шарнирные ноги, которые удерживают его на одной линии со ступнёй робота. Поскольку в воздухе устройство обычно кувыркается, исследователи добавили защитную клетку, которая поддерживает его при падении на бок. После этого команде удавалось поставить робота на ноги в 90% случаев, отправляя мотор обратно вниз по стойке: это смещает центр тяжести и заставляет робота перекатиться обратно на ступню, чтобы он был готов к следующему прыжку. Конструкция была вдохновлена коробчатыми черепахами, которые могут переворачиваться со спины на ноги с помощью панциря похожей формы.
• Пришла повестка на Госуслуги: что грозит россиянам за неявку в военкомат
У текущего прототипа есть заметные ограничения: питание подаётся по проводам, а управлять направлением или ориентацией он не может, кроме случайных подёргиваний. Ван и Фуллер работают над решениями: бортовыми солнечными элементами и батареей для питания, вибромотором для вращения на месте, крошечными втягивающимися ногами для изменения угла прыжка, а также бортовой камерой и электроникой для навигации. «Одна из наших целей — полностью автономное восхождение по лестнице, — говорит Фуллер. — Камера смотрит на ступеньку, процессор определяет, на какую высоту нужно прыгнуть, робот направляется в нужное положение, прыгает, встаёт, снова ориентируется и повторяет. Он использует сочетание простых датчиков и действий для выполнения сложной задачи».
Ван считает разумным представить производство полностью укомплектованного DirectHop примерно за 10 долларов, поскольку отдельные компоненты очень малы и дешевы. При такой цене роботы могут оказаться крайне полезны как полурасходное дополнение к более крупным, более способным и дорогим машинам. «Мы могли бы отправить в поле 100 или даже 1000 таких роботов, — говорит Ван. — Если некоторые потеряются или выйдут из строя, это не провал. Команда в целом справится с задачей». Фуллер и его команда представили DirectHop на Международной конференции по интеллектуальным роботам и системам. Исследование финансировалось Национальным научным фондом.