Искусственная змеиная кожа позволила роботу ползти вверх по склону
Инженеры разработали автономного пневматического робота, который может взбираться на наклонные поверхности. Для этого разработчики обернули его в пленку с узором, напоминающим чешуйки змеиной кожи. Такое покрытие не дает роботу скатываться назад и позволяет ему толкать себя вперед, сообщается в журнале Science Robotics.
Несмотря на то, что большинство роботов передвигаются за счет колес, немало инженеров используют совершенно другой принцип движения в своих прототипах, повторяющий движения гусениц, змей или червей. Они имеют конструктивные различия, но концептуально довольно похожи: такие роботы изгибаются или расширяются и за счет этого периодически толкают переднюю часть вперед и подтягивают заднюю часть. Часто в таких роботах используется несколько двигателей или пневматических актуаторов в разных частях конструкции.
Инженеры под руководством Кати Бертольди (Katia Bertoldi) из Гарвардского университета разработали более простую конструкцию, в которой используется один небольшой воздушный насос. Он располагается внутри тела робота, которое выполнено в виде эластичной трубки с кевларовым каркасом. Для управления роботом в его задней части располагается сам насос, несколько плат и аккумулятор. Главная особенность робота — его поверхность. Она покрыта вырезами, выполненными по японской технике киригами. Во время надувания трубки робота вырезы на этой поверхности отклоняются и начинают выступать над поверхностью.
Разработчики решили использовать эту особенность, как основу движения робота. Он периодически надувает и сдувает воздушную камеру с помощью насоса. Но за счет необычной поверхности робот не остается на месте, а при надувании отталкивается задней частью и толкает переднюю вперед, а при сдувании наоборот зацепляется «чешуйками» передней части и подтягивает заднюю.
Инженеры протестировали несколько видов вырезов: треугольные, полукруглые и трапециевидные. Они остановились на трапециевидной форме, потому что во время тестов она давала роботу наибольшую длину шага. Разработчики создали несколько прототипов робота и показали, как один из них может без внешнего питания передвигаться как по горизонтальным, так и по наклонным поверхностям:
В прошлом году американские инженеры создали робочервя, который также упирается нижней частью в поверхность и за счет периодических сокращений прерывисто двигается вперед. Но они использовали в качестве двигателя не воздушный насос, а электромотор, который приводит в движение особый паттерн оригами, преобразующий вращательное движение в поступательное.
Григорий Копиев
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.