Роборуку научили чувствовать предметы с помощью солнечных панелей
Британские инженеры разработали новую конструкцию роборуки, которая способна распознавать прикосновение к предметам при помощи небольших солнечных панелей на ее поверхности. При прикосновении часть панелей закрывается от света и прекращает вырабатывать энергию, что можно интерпретировать как контакт. Также в руке есть инфракрасные светодиоды, которые вместе с солнечными панелями работают как датчик приближения. Статья о разработке опубликована в IEEE Transactions on Robotics.
Как правило, роборуки и промышленные манипуляторы умеют определять контакт с предметами, чтобы, с одной стороны, надежно их захватывать, а с другой — не повреждать их излишним сдавливанием. Для определения контакта используются разные методы, чаще всего это измерение усилия на захвате и простой контроль соприкосновения. Эти методы работают и используются в том числе в серийных роботизированных манипуляторах, но инженеры продолжают разрабатывать новые конструкции и подходы к контролю захвата предметов, например, датчики на основе жидкого сплава или оптических волокон.
Инженеры из Университета Глазго под руководством Равиндера Дахия (Ravinder Dahiya) предложили использовать для обнаружения контакта солнечные панели. Принцип работы такого датчика прост: при контакте предмета с поверхностью, оборудованной массивом солнечных панелей, некоторые панели перекрываются и перестают вырабатывать энергию. Таким образом, помимо самого контакта можно определить и его место на поверхности.
Авторы собрали прототип роборуки с таким принципом обнаружения контакта, взяв за основу 3D-печатную роборуку с пятью пальцами, которую они описали в своей предыдущей статье. Они наклеили на ее ладонь массив из 25 небольших квадратных солнечных панелей размером в один сантиметр. Также они встроили в запястье еще три квадратные панели, но размером в пять сантиметров каждая, чтобы вырабатывать дополнительную энергию. Это позволяет покрывать энергией основной микроконтроллер датчиков и всю сопутствующую электронику: они потребляют до 233,9 милливатт мощности, а солнечные панели дают на 692 милливатт больше. Таким образом, даже если часть панелей будет закрыта предметом, при ярком освещении система все равно сможет обеспечивать себя энергией для работы.
Роборука также способна определять приближение объектов, даже если они находятся на расстоянии от ладони. Для этого между квадратными солнечными панелями на ладони установлены инфракрасные светодиоды. Они излучают импульсный сигнал с частотой 20 килогерц и рабочим циклом 50 процентов, то есть чередуют яркое излучение с его отсутствием. Это излучение отражается от близких объектов и попадет на солнечные панели, причем чем ближе находится объект, тем выше уровень отраженного излучения, попадающего на панели. А модуляция сигнала позволяет обнаружить его на графике выработки энергии и отделить от естественного изменения освещенности.
Разработчики показали на видео несколько примеров работы руки. В одном из них она сумела захватить мячик, который приблизился к ладони, а в другом держала заданное расстояние от руки человека, которая двигалась в разные стороны.
В 2018 году инженеры из Disney Research представили мягкую надувную роборуку с пальцами, которые чувствуют силу прикосновения благодаря повышению давления при контакте.
Григорий Копиев
Для движения ему достаточно одного актуатора
Инженеры разработали миниатюрного робота CurveQuad массой чуть больше 10 грамм. Его гибкий корпус деформируется за счет изогнутых складок и позволяет роботу продвигаться вперед, а также поворачивать, используя для этого только один актуатор. Разработчики продемонстрировали способность CurveQuad автоматически двигаться в направлении источника света, определяя его положение с помощью встроенных фотоэлементов. Текст доклада с описанием робота опубликован в рамках конференции IROS 2023. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Интерес инженеров к разработке миниатюрных роботов связан возможностью выполнять задачи в условиях ограниченного пространства. Например, миниатюрных роботов предлагают использовать для внутренней диагностики механизмов без их разборки, для разведки, и для обследования разрушенных в результате стихийных бедствий зданий в поисках выживших людей. Однако разработка роботов сантиметрового масштаба — непростая задача и ее решение требует множества конструктивных компромиссов. Более сложная походка, например, может добавить роботу проворности, однако одновременно с этим приведет к росту числа степеней свободы конечностей, а значит к увеличению количества используемых актуаторов. Это, в свою очередь, оборачивается усложнением конструкции, увеличением размеров, массы и энергопотребления. Одним из решений этой проблемы могло бы стать применение в конструкции элементов оригами или киригами. Складки упругого материала, выполненные с дополнительным изгибом, позволяют накапливать дополнительную механическую энергию, чем можно воспользоваться, чтобы сократить число актуаторов, необходимых для приведения робота в движение. Такой подход выбрали инженеры под руководством Синтии Сун (Cynthia Sung) из Университета Пенсильвании. Они создали миниатюрного робота под названием CurveQuad, который благодаря изогнутым складкам в конструкции оказался способен передвигаться с помощью всего лишь одного актуатора. Масса робота составляет 10,9 грамм, а ключевая деталь его корпуса представляет собой тонкую прямоугольную пластину из PET-пластика (полиэтилентерефталат) размером 80 × 55 миллиметров. В ней с помощью лазера выполнены прорези в виде последовательно расположенных полукругов, образующих паттерн в форме двух параллельных дуг с каждой стороны пластины, симметрично расположенных относительно центра. Материал в этих областях может легко изгибаться благодаря прорезям, создавая выпуклую и вогнутую складки. В центральной полосе обеих дуг на небольшом расстоянии друг от отдруга закрепляются концы двух «сухожилий» — тяг, которые соединяются противоположной стороной с концами рычага, закрепленного на сервомоторе, ось которого находится в центре пластины. Сервопривод может поворачивать рычаг в диапазоне 270 градусов, при этом «сухожилия», соединяющие концы рычага с корпусом, стягивают его вовнутрь, приводя к изгибам. В зависимости от угла поворота рычага корпус может из плоской пластины принять симметричную куполообразную форму. В этом положении концы пластины начинают играть роль четырех конечностей робота. В промежуточных положениях рычага сервопривода корпус несимметрично деформируется по диагонали. При этом передняя «конечность» приподнимается над поверхностью, а задние смещаются друг относительно друга. Из-за возникающей между ними разности в силах трения в этот момент корпус робота смещается вперед. Если затем такую же деформацию выполнить в противоположную сторону, то робот сделает второй шаг с помощью второй «ноги». Регулируя с помощью угла поворота рычага величину деформации, а следовательно и длину шага слева и справа можно управлять направлением движения робота CurveQuad. https://www.youtube.com/watch?v=RnSHG5F2Iek Для демонстрации возможности управления роботом с помощью обратной связи, инженеры установили на углах корпуса четыре фотоэлемента. Алгоритм сравнивает сигналы, полученные от сенсоров с левой и правой сторон, и в зависимости от того, с какой стороны сигнал больше, выбирает походку, которая поворачивает робота в этом направлении. В результате в каком бы положении робот ни находился изначально, он разворачивается на источник света и начинает двигаться в его направлении. В своей следующей работе инженеры планируют сосредоточиться на взаимодействии между несколькими роботами CurveQuad. Для этого они планируют добавить им возможность общаться друг с другом, чтобы роботы могли выполнять задачи сообща, например, вместе обследовать окружающую территорию. А вот другому микророботу, созданному группой американских и китайских инженеров, для передвижения не нужны сервомоторы. Вперед он движется под действием колебаний встроенной в его корпус пьезоэлектрической пленки, а повороты совершает за счет изменения силы трения между поверхностью и электростатическими площадками на концах передних ног.
