Влажность воздуха превратили в «топливо» автономного робота
Инженеры разработали простого робота, который использует в качестве «топлива» для движения влажность внешней среды. Его центральная часть состоит из двух слоев, один из которых расширяется или сужается при изменении влажности и заставляет всю конструкцию изгибаться. Поскольку влажность возле мокрых поверхностей может резко падать уже в нескольких миллиметрах от поверхности, а «ноги» робота асимметричны, он может самостоятельно двигаться вперед, сообщают инженеры в журнале Science Robotics.
Для того, чтобы расширить возможности роботов, инженеры экспериментируют с самыми разными решениями, и иногда это приводит к появлению концептуальных роботов. Такие устройства не решают конкретных задач в реальном мире, но демонстрируют принципиально новый подход к получению энергии или перемещению в пространстве.
Исследователи под руководством Хо Ён Кима (Ho-Young Kim) из Сеульского университета разработали робота, который может передвигаться в заданном направлении без необходимости в заправке или управлении. Он имеет простую конструкцию из полоски-актуатора и двух прикрепленных к нему «ног» из полиэтилентерефталата. Актуатор представляет собой двухслойную полоску, один слой которой состоит из полиимида, а второй из полиэтиленоксидных нановолокон.
Принцип действия актуатора основан на том, что полиэтиленоксидный слой, в отличие от полиимидного, расширяется при повышении влажности, а влажность возле мокрых поверхностей резко падает в нескольких миллиметрах от поверхности. Изначально робот изогнут таким образом, что центральная часть актуатора находится близко к поверхности. Из-за этого гигроскопически активный слой впитывает влагу из воздуха, расширяется и выгибает актуатор обратно. Поскольку при этом влажность вокруг актуатора падает, этот слой теряет влагу, сужается и снова оказывается возле поверхности. Таким образом робот может самостоятельно циклически изгибаться без необходимости в подзарядке и управлении.
Для того, чтобы превратить эти изгибы в направленное движение, инженеры прикрепили к актуатору две асимметричные «ноги», которые из-за своей конструкции могут двигаться только вперед. Инженеры считают, что такой двигатель, работающий за счет окружающей влажности, можно использовать в военной или медицинской технике.
Есть и другие роботы, не требующие вмешательства человека, например, водоплавающий робот, который добывает себе энергию из грязной воды с помощью микробных топливных элементов, вырабатывающих электричество для электромоторов. А в прошлом году итальянский художник испытал в пустыне Сонора робота-социофоба. За счет солнечных батарей, камеры и GPS-приемника он неделю передвигался по отдаленным частям пустыни и избегал встреч с людьми.
Григорий Копиев
Он надежно обхватывает хрупкие предметы, не повреждая их
Инженеры из Японии и Вьетнама разработали мягкий манипулятор ROSE, способный бережно захватывать хрупкие предметы, не повреждая их. Он состоит из мягкой воронкообразной оболочки, напоминающей цветок розы, которая способна скручиваться, равномерно обхватывая предмет, оказавшийся внутри. Благодаря своей универсальности и прочности манипулятор может пригодиться в сельском хозяйстве для сбора урожая. Доклад с описанием конструкции был представлен на конференции Robotics: Science and Systems, 2023. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Чтобы робот мог безопасно взаимодействовать с хрупкими объектами, его обычно оснащают манипуляторами, в конструкции которых присутствуют мягкие материалы. Нередко их устройство в той или иной степени имитирует анатомию человеческой руки. Например, пальцы трехпалого захвата EndoFlex с внутренней стороны покрыты мягким силиконом. Однако для управления манипуляторами такого типа обычно требуются несколько актуаторов и сложные алгоритмы позиционирования, которые позволяют подстраивать пространственное положение пальцев и руки в соответствии формой и положением захватываемого предмета. Кроме это, сила прикладывается к объекту неравномерно и только в точках соприкосновения с пальцами, поэтому ее может оказаться недостаточно для удержания. Манипулятор, разработанный инженерами под руководством Ван Ан Хо (Van Anh Ho) из Японского национального института передовых промышленных наук и технологи, имеет более простую конструкцию и для полноценной работы достаточно только одного актуатора. Принцип его работы напоминает раскрытие цветка розы, поэтому разработчики дали ему название ROSE. Рабочая часть манипулятора представляет собой прочную оболочку из силиконовой резины (первые повреждения на изогнутом краю появились только после 400 тысяч циклов срабатывания), которая образует двустенный стакан. Внешняя часть оболочки прикреплена нижней частью к круглому пластиковому основанию с отверстием в центре, а внутренняя воронкообразная поверхность к вращающемуся цилиндру, вставленному в центральное отверстие основания. При вращении внутренней оболочки относительно внешней происходит сжатие манипулятора. Если при этом во внутренней полости оказывается предмет, то он равномерно обхватывается с боков. Усилие и площадь обхвата можно регулировать с помощью угла закручивания оболочек относительно друг друга, а также нагнетанием давления воздуха в пространство между стенками стакана. Для изучения характеристик манипулятора его присоединили к роборуке UR5. Испытания показали, что захват может выдержать максимальную нагрузку около 328 Ньютон при собственной массе захвата 49 грамм, что дает значение соотношения грузоподъемности к весу примерно 6800 процентов от массы захвата вместе с ротором. Манипулятор может бережно и безопасно обхватывать хрупкие предметы различной формы и размеров не нанося им повреждений. В экспериментах использовались стальные шары, фрукты, клейкая лента, банка с кофе и куриное яйцо, которое захват легко вытащил из миски с оливковым маслом, что довольно трудно осуществить, так как из-за масла яйцо становится скользким. Кроме этого, ROSE может захватывать и сыпучие материалы, например, гравий и гальку. https://www.youtube.com/watch?v=E1wAI09LaoY Инженеры придумали способ, с помощью которого манипулятору можно добавить способность «чувствовать» захватываемый предмет. Для этого они разместили множество небольших меток с внутренней стороны оболочки. Их положение контролируется с помощью компьютерного зрения через три небольшие камеры, закрепленные на пластиковом основании манипулятора. По мнению разработчиков, ROSE мог бы пригодиться в сельском хозяйстве для сбора урожая и не только. В будущем они планируют продолжить работу над математической моделью деформации оболочки при скручивании. Иной тип мягкого манипулятора продемонстрировали инженеры из Австралии. Он способен ухватывать предметы, обвиваясь вокруг них как щупальце осьминога.