Черепаху-биоробота отправили в автономное плавание
Корейские инженеры сделали «гибрид» черепахи и робота: они прикрепили к панцирю устройство, которое управляет движением черепахи и направляет ее к цели. По мнению исследователей, подобные гибриды могут использоваться для доставки робота в труднодоступные места и для выполнения долговременных задач, на которые у автономного робота не хватает заряда батарей. Статья опубликована в Journal of Bionic Engineering.
Несмотря на большой прогресс в развитии робототехники, у роботов до сих пор есть ряд серьезных ограничений, в том числе у них конечный запас батарей или аккумуляторов, а их актуаторы и сенсоры могут быть повреждены или сломаны в условиях высокой влажности. С другой стороны, некоторые животные могут «везти» на себе робота, а их движением можно управлять.
Авторы работы пытаются создать биоробота уже несколько лет. Ранее они опубликовали результаты экспериментов с черепахами, движениями которых дистанционно управлял оператор. Человек управлял животным мысленно, с помощью мозго-компьютерного интерфейса. На спину черепахи инженеры прикрепляли камеру, с помощью которой люди могли отслеживать ее передвижения, и стимулирующее устройство, которое
поворачивалось после мысленных команд оператора.
В новой работе авторы создали полностью автономную систему «паразитический робот-животное», которая имитировала поведение природных паразитов, изменяющих поведение хозяина для достижения своих целей. Подобная система может применяться для решения различных задач, в том числе и долгосрочных. Более того, кроме робота в систему можно включить энергогенератор, работающий во время движения черепахи, так что в пути робот сможет подзаряжать батарейки.
Робот, сконструированный исследователями, состоял из трех модулей: стимуляции, вознаграждения и контроля. В качестве стимуляции ученые использовали светодиоды, испускающие свет в видимом диапазоне спектра. Диоды были прикреплены на полукруглой рамке, находящейся на уровне глаз черепахи, на расстоянии 30 градусов друг от друга. Суммарно они покрывали угол 120 градусов. Диод загорался в той стороне, куда должна была идти черепаха. Модуль контроля состоял из микроконтроллера и радиомодема. Он распознавал направление, в котором двигалась рептилия и угол поворота ее головы, и сравнивал их с целевым направлением. Если черепаха двигалась в правильную сторону, ей выдавалось вознаграждение — гелеобразная еда, которая выдавливалась животному в рот из шприца, с помощью мотора. Модули робота прикрепили к панцирю черепахи с помощью эпоксидной смолы.
Тестирование гибрида проводилось в резервуаре с водой. Черепаха должна была пройти расстояние в пять метров и последовательно миновать пять «контрольных точек». Робот вел черепаху от точки к точке, стимулируя ее с помощью света, испускаемого светодиодами, и, в случае успеха, выдавал вознаграждение.
В результате все пять черепах успешно справились с задачей, хотя и прошли бóльшее расстояние, чем требовалось — средняя дистанция во время эксперимента составила 7,18 метров.
По словам исследователей, многие другие животные могут использоваться как перевозчики роботов, например птицы или рыбы. «Таких роботов можно будет использовать для наблюдения, разведки, в тех местах куда человеку или роботу трудно попасть самостоятельно», — объясняет доктор Натан Лепора (Nathan Lepora), инженер из Бристольского университета в Великобритании.
В дальнейшем корейские инженеры планируют провести испытания системы в реальных условиях и доработать ее так, чтобы по возможности уменьшить внешние помехи (посторонний шум, свет или вибрации), которые могут отвлекать черепаху. С другой стороны, робот-паразит с помощью сенсоров и запланированного маршрута сможет заранее узнавать о возможных препятствиях и вести черепаху в нужном направлении оптимальным путем. Со временем исследователи надеются, что черепаха будет получать зрительную информацию только от робота и полностью «отключится» от внешней реальности.
Его скорость по вертикальным поверхностям достигает шести сантиметров в секунду
Инженеры разработали прототип гибридного орнитоптера, который может садиться и ездить по вертикальным поверхностям. Помимо четырех машущих крыльев он имеет два воздушных винта и гусеничный привод с клейкими лентами, который используется для движения по стенам. Статья с описанием разработки опубликована в журнале Research. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Свобода передвижения, доступная летающим насекомым, давно вдохновляет инженеров, разрабатывающих беспилотники. К примеру способность мух быстро переходить от маневренного полета к передвижению по вертикальной поверхности пытались реализовать создатели дрона SCAMP. Они оснастили квадрокоптер двумя ножками с металлическими коготками, с помощью которых дрон может передвигаться по стенам, цепляясь за мелкие неровности. В случае срыва, дрон быстро включает роторы, чтобы предотвратить крушение. Существуют и другие прототипы мультироторных дронов, со способностью садиться на стены, однако орнитоптеры (даже с ногами) до сих пор на стену садиться не умели. Инженеры под руководством Цзи Айхуна (Aihong Ji) из Нанкинского университета аэронавтики и космонавтики разработали гибридный орнитоптер с небольшими вспомогательными воздушными винтами. Он может садиться на вертикальные поверхности, взлетать с них, а также передвигаться по ним, используя небольшой гусеничный привод с клейким покрытием и прижимную силу пропеллеров. Основную подъемную силу орнитоптера массой 135 грамм создают четыре машущих крыла, расположенные по X-образной схеме. Левая и правая пары крыльев приводятся в движение индивидуальными электромоторами. Изменяя независимо частоту их взмахов можно управлять беспилотником по оси крена. При полете на обычной скорости частота взмахов составляет 15 Герц, а максимально допустимая — 20 Герц. На носу и в хвосте орнитоптера расположены воздушные винты небольшого диаметра. В полете они генерируют дополнительную тягу, а также служат для управления по оси тангажа, отклоняя беспилотник вперед или назад. Ротор, установленный в хвосте, дополнительно имеет механизм управления вектором тяги — он может отклоняться с помощью сервопривода влево или вправо. Благодаря этому происходит управление орнитоптером по оси рыскания. В передней части аппарата установлен гусеничный привод, который используются для движения по вертикальным плоскостям. Ленты привода покрыты полидиметилсилоксаном, адгезивные свойства которого позволяют орнитоптеру удерживать сцепление с вертикальной поверхностью. При посадке на вертикальную поверхность орнитоптер сначала касается ее лентами привода, после чего изменяет уровни тяги хвостового и переднего роторов и переворачивается, прижав хвост к стене. Далее тяга роторов используется для создания прижимной силы. Так повышается сцепление и исключается возможное опрокидывание при движении. Взлет происходит в обратном порядке. Полный непрерывный переход воздух—стена—воздух происходит за 6,1 секунды. Прижимаясь к поверхности, гибрид может перемещаться по ней с помощью гусениц со скоростью до шести сантиметров в секунду. В экспериментах орнитоптер смог успешно сесть и прокатиться по стеклу, деревянной двери, мрамору, древесной коре, эластичной ткани и окрашенному листу металла. В воздухе на одной зарядке прототип может находиться около четырех минут и пролетать за это время около одного километра с максимальной скоростью 6,8 метров в секунду. https://www.youtube.com/watch?v=5st-wNxukTg В будущем разработчики планируют повысить сцепление гусеничного узла за счет добавки микрошипов в материал гусеничных лент. Также орнитоптеру добавят автономности — для этого его осностят сенсорами для самостоятельной навигации. Ранее другая команда инженеров, вдохновившись устройством крыльев жука-носорога, создала механическое крыло, которое может на короткое время складываться при ударе о препятствие, а затем вновь распрямляться за счет подвижного узла в верхней кромке. Миниатюрный орнитоптер с такими крыльями может продолжать стабильный полет, даже если его крылья ударяются об окружающие предметы.