Роботаракана научили ходить по стенам и потолку
Американские инженеры создали новую модификацию роботаракана HAMR, способную передвигаться вверх ногами и по вертикальным поверхностям с помощью электроадгезии. В качестве демонстрации разработчики показали, как робот передвигается по изогнутой и шероховатой внутренней поверхности авиадвигателя. Статья опубликована в Science Robotics.
Зачастую инженеры создают роботов, призванных заменить людей на производстве и в быту. Однако также есть и направления, в которых инженеры создают роботов для сред, недоступных человеку. Одно из таких направлений — микророботы, способные проникать в небольшие проемы и конструкции. К примеру, недавно Rolls-Royce предложила концепцию обслуживания двигателей с помощью микророботов, которых будут запускать во внутренние полости двигателя, после чего они будут ходить по внутренним конструкциям и передавать изображение с камеры оператору.
Несмотря на множество потенциальных применений и интерес со стороны крупных компаний, пока микророботы представляют собой лишь отдельные экспериментальные прототипы, и не готовы к применению на практике из-за наличия множества нерешенных проблем. Микророботы должны иметь относительно мощные актуаторы и системы питания, и при этом быть крайне компактными и легкими. Кроме того, они должны уметь передвигаться не только в идеальных лабораторных условиях, но и в труднопроходимой среде. Инженеры из Гарвардского университета под руководством Роберта Вуда (Robert Wood) уже несколько лет создают различные модификации микроробота HAMR, способные прыгать, взбираться на поверхности с небольшим уклоном, и даже ходить по воде.
В своей новой статье инженеры представили робота HAMR-E, способного удерживать себя на различных поверхностях даже в перевернутом состоянии благодаря электроадгезии.
Инженеры решили использовать ту же платформу, которую они применяли в своих предыдущих работах. Робот имеет длину 4,5 сантиметра и массу 1,48 грамма. В его основе лежит углеволоконный корпус, на котором закреплены четыре ноги и плата управления. Одна из главных особенностей платформы HAMR заключается в механизме движения ног. Поскольку использовать стандартные электромоторы в таком небольшом и легком роботе нельзя, инженерам пришлось разработать необычную конструкцию. В основе каждой ноги лежат два одинаковых пьезоактуатора, которые изгибаются под действием тока. Актуаторы располагаются параллельно друг другу, но они связаны с ногой через специальную механическую передачу, благодаря которой движение одного из актуторов отвечает за вертикальное движение ноги, а второго — за горизонтальное:
Главное отличие нового робота заключается в том, что на концах его ног инженеры установили электроадгезионные контактные площадки. Каждая площадка состоит из четырех тонких круглых слоев: медного, полимерного и двух изолирующих по краям. При подаче напряжения на площадки они прилипают к находящейся рядом проводящей поверхности, например, листу металла, благодаря возникающему электростатическому притяжению. Инженеры также разработали достаточно простую оригами-конструкцию, которая выполняет роль шарнира и позволяет ноге отклоняться на угол 45 градусов от контактной площадки и поворачиваться на 90 градусов.
Каждая площадка способна выдерживать груз массой 3,25 граммов при нагрузке на сдвиг и напряжении на площадке, равном 250 вольт. Теоретически они поддерживают напряжение до 1600 вольт, но инженеры выбрали меньшую величину, потому что в таком случае она совпадает с характеристикой тока на актуаторах. Разработчики собираются создать автономную версию робота и считают, что такое решение позволит уменьшить массу робота за счет использования одних и тех же преобразователей напряжения. В нынешней версии робот получает энергию и управляющие команды через два небольших провода.
В качестве демонстрации инженеры решили показать потенциальное применение робота — осмотр внутренних конструкций авиадвигателя. В опубликованном ролике можно увидеть, как робот шагает по шероховатой и изогнутой металлической поверхности внутри двигателя, находясь в перевернутом положении.
В июле 2018 года Агентство перспективных оборонных разработок (DARPA) США объявило конкурс по созданию технологий для многофункциональных микророботов. Участники будут работать в трех направлениях: создание эффективных компактных актуаторов, разработка небольших аккумуляторов и систем преобразования напряжения, а также создание полноценных микророботов. На протяжении трех лет DARPA будет финансировать успешные проекты. Общая сумма финансирования программы составляет 32 миллиона долларов.
Григорий Копиев
Он пригодится на Марсе, Луне и ледяных спутниках планет-гигантов
Инженеры разработали концепцию робота для будущих миссий по изучению пещер на Марсе, Луне и ледяных спутниках планет-гигантов. Проект ReachBot описывает устройство с несколькими конечностями, которые способны раскладываться и дотягиваться до удаленных точек, на которых можно закрепиться с помощью захвата с металлическими шипами, сообщается в отчете NASA. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера С тех пор как орбитальные исследовательские аппараты подтвердили существование пещер под поверхностью Марса и Луны, ученые не перестают размышлять над их полноценным исследованием. Помимо ценной информации об истории формирования небесного тела, в пещерах, куда не проникают ультрафиолетовые солнечные лучи и космические заряженные частицы, могли бы сохраниться и следы внеземной жизни. До последнего времени все подвижные роботы, предназначенные для изучения других планет, разрабатывались с расчетом, что они будут передвигаться только по сравнительно ровной поверхности. Поэтому они имеют относительно простое четырех- или шестиколесное шасси, которое устойчиво и не требует много энергии, но, к сожалению, не позволяет передвигаться по крутым каменистым склонам и скалам, и потому не подходит для исследования пещер. Инженеры под руководством Марко Павоне (Marco Pavone) из Стэндфордского университета уже несколько лет работают над многоэтапным проектом ReachBot для NASA, развивающим концепцию робота, способного перемещаться по пещерам и скалам со сложным рельефом, недоступным для других видов роботов при разных уровнях гравитации. Его главная особенность заключается в необычном способе передвижения. Вместо колес или ног у него есть несколько гибких удлиняющихся конечностей, на конце которых располагаются захваты с множеством мелких металлических шипов, которые цепляются за малейшие неровности на каменной поверхности. Аналогичный способ удержания на вертикальных поверхностях применялся в прототипе робота-скалолаза LEMUR, разработанном Лабораторией реактивного движения NASA. За счет металлических шипов робот может удерживать свое положение, распределив свой вес между несколькими конечностями, пока подыскивает следующую точку опоры для одной из них. Ожидается, что ReachBot сможет передвигаться не только по стенам и потолку, но и по полу как обычный ходячий робот. Однако на данной стадии проектирования конкретной конструкции для конечностей еще нет. Разработчики оценили параметры робота для миссии по исследованию марсианской лавовой трубки с высотой от пола до потолка порядка 30 метров. Это должно быть устройство массой около 10 килограмм, с восемью конечностями, способными развертываться до 20 метров в длину, оборудованное камерами и лидаром для навигации и прокладывания маршрута, а также для картографирования окружения. На предыдущих этапах были разработаны алгоритмы движения робота на плоскости, а также построен примитивный прототип ReachBot. В качестве четырех конечностей на нем используются стальные измерительные рулетки, оснащенные механизмом поворота, который позволяет «наводить» их на объект. После чего другой механизм раскручивает рулетку, на конце которой расположен захват с металлическими шипами. Робот умеет определять положение предметов вокруг с помощью визуальных меток, дотягиваться до них конечностями, ухватываться с помощью захватов и подтягивать себя в нужном направлении. В будущем разработчики планируют построить версию, которая способна двигаться в трехмерном пространстве. https://www.youtube.com/watch?v=Q6uvS_19OcA Существуют и другие концепции исследования инопланетных пещер, куда нет доступа колесных роботам. Одна из них предполагает использование нескольких четвероногих роботов Spot Mini. Каждый из членов группы будет отличаться от других, иметь свою роль и помогать другим.