Автономная робогусеница получила ноги с памятью формы
Американские инженеры создали автономного ходячего робота, который передвигается, благодаря ногам из материала с эффектом памяти формы. На горизонтальной поверхности скорость робогусеницы достигает около одной длины тела в секунду, что сравнимо со скоростью движения многих живых организмов, рассказывают авторы статьи в Science Robotics.
Традиционно инженеры используют в качестве источника движения роботов электромоторы. Но в некоторых условиях их использование не так удобно, поэтому разработчикам приходится применять актуаторы, работающие на других принципах. Иногда инженерам удается создать актуаторы с высокими характеристиками, которые можно применять в реальных разработках. К примеру, в 2017 году американские специалисты создали искусственные мышцы, обогнавшие по мощности настоящие скелетные мышцы млекопитающих. В других случаях такие разработки могут носить чисто экспериментальный характер, как в случае с робополоской, двигающейся от перепадов влажности. Исследование различных механизмов движения позволяет создать базу, на которой другие инженеры могут создать пригодные к использованию устройства.
Кармел Маджиди (Carmel Majidi) из Университета Карнеги — Меллона и его коллеги из других американских университетов создали несколько прототипов ходячих роботов, использующих в качестве движущей силы эффект памяти формы. В их конструкции использованы актуаторы, в центре каждого из которых располагается изогнутая в П-образную форму проволока из никелида титана. Проволока с двух сторон изолирована эластомером с высокой теплопроводностью, причем в процессе скрепления слоев один из эластомерных слоев предварительно растягивается. Благодаря этому при скреплении всех слоев и их расслаблении актуатор выгибается в одну сторону.
Принцип работы актуатора прост — при нагревании проволоки она возвращается в свою исходную вытянутую форму, но вскоре после этого эластомер с высокой теплопроводностью отводит тепло и актуатор возвращается в исходное изогнутое положение. Актуатор может выпрямляться и развивать силу 0,2 ньютона за 0,15 секунд, а на весь цикл движения (выпрямление-сгибание) уходит около трех с половиной секунд. В качестве источника питания разработчики использовали 4,5-граммовые литий-ионные аккумуляторы с напряжением 3,7 вольта.
Для демонстрации работы актуаторов инженеры напечатали гибкие управляющие платы и создали на их основе несколько прототипов роботов. Самый совершенный робот — шестиногая гусеница, которая передвигается, периодически разгибая разные актуаторы. Испытания показали, что робот может передвигаться со скоростью около одной длины тела в секунду на ровной поверхности, а также взбираться на наклонные поверхности с углом наклона до 23 градусов.
Ранее робота с ногами, двигающимися благодаря эффекту памяти формы, создали инженеры из Китая и Австралии. Он также попеременно нагревает конечности и двигается вперед, но имеет симметричную форму с несколькими ногами.
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.