Пневматического робочервя с киригами-кожей научили маневрировать

Инженеры из Дании и Великобритании создали мягкого пневматического робота, который передвигается, имитируя движения червей. Последовательно сжимая и расширяя с помощью сжатого воздуха расположенные внутри эластичные камеры, робочервь формирует перистальтическую волну вдоль тела. Снаружи он покрыт мягкой полимерной оболочкой с узором из вырезов и складок, которые при движении цепляются за поверхность и не дают проскальзывать назад. Робот может ползать по прямой со скоростью до 11 миллиметров в секунду и совершает повороты для обхода препятствий. Конструкция робота описана в Cyborg and bionic systems.

Инженеры иногда экспериментируют с нестандартными способами передвижения роботов. Например, несколько лет назад разработчики из Гарвардского университета сделали змееподобного робота, тело которого представляло собой цилиндрическую структуру, выполненную с использованием киригами — японской техники складывания и разрезания бумаги. Робот мог двигаться вперед благодаря периодическому удлинению и сокращению, при котором части киригами-структуры зацеплялись за поверхность.

Недавно инженеры под руководством Ахмада Рафсанджани (Ahmad Rafsanjani) из Университета Южной Дании, который также участвовал в создании предыдущего прототипа, решили сделать полноценного робота, способного не только двигаться вперед, но и маневрировать. Так же, как и предыдущий робот, он имеет цилиндрическое тело, которое теперь состоит не из единой структуры, а из двух частей. Внутри находится пневматический привод, состоящий из двух сегментов (переднего и заднего), каждый из которых представляет собой пару надувных камер из мягкого силикона. Они могут работать как сгибатели и разгибатели, изгибая передний или задний сегмент корпуса в нужном направлении. Одновременное надувание обеих камер сегмента приводит к линейному удлинению. Чтобы деформация происходила только в одном направлении, актуаторы армированы кевларовыми нитями, намотанными по двойной спирали.

Снаружи робот покрыт гибкой полимерной киригами-оболочкой. Она изготовлена из слоев майлара и текстиля Dyneema (сверхвысокомолекулярный полиэтилен) и имеет повторяющийся узор из вырезов и складок. Когда внутренний актуатор удлиняется, эти вырезы «всплывают», играя роль чешуек и щетинок настоящих червей. Чешуйки позволяют роботу отталкиваться от поверхности и ползти, не проскальзывая назад. Кроме того, складчатая структура позволяет оболочке изгибаться равномерно без заломов и сминания, что критически важно для выполнения поворотов.

Для движения вперед робот поочередно надувает и сдувает камеры в переднем и заднем сегментах. Как показали эксперименты, наиболее эффективное движение достигается при фазовом сдвиге в четверть периода. В этом случае сначала удлиняется передний сегмент, в то время как задний зацеплен за поверхность благодаря высокому трению, а после подтягивается задний, когда передний уже зацепился. Частота этих циклов определяет скорость движения. Повороты происходят за счет асимметричной активации камер. Например, для поворота на месте система может одновременно надувать правую камеру в переднем сегменте и левую — в заднем. Это создает крутящий момент, разворачивающий робота. Активируя три камеры из четырех в определенной последовательности, разработчики добились более сложных траекторий, таких как широкие повороты или движение боком.

Испытания показали, что максимальная скорость робота составляет около 11 миллиметров в секунду и достигается при частоте сокращений сегментов 0,5-1 герц и фазовом сдвиге между сокращениями равном четверти периода. В тесте на маневренность робот успешно прополз по определенному маршруту на арене с препятствиями за 18 минут, используя различные виды походок, поворотов, и обходя препятствия.

Недавно японские инженеры показали, что для движения змееподобному роботу достаточно лишь небольшого числа приводов. Они представили прототип робозмеи, тело которой состоит из 30 сегментов и при этом приводится в движение только тремя актуаторными модулями, один из которых неподвижен, а два других перемещаются внутри тела по направляющим, заставляя корпус изгибаться.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.