Магнитная робомедуза вырыла яму
Немецкие инженеры создали робомедузу, управляемую внешним магнитным полем. С помощью него робот может плыть, взмахивая лопастями, захватывать легкие предметы, а также рыть углубления в дне, рассказывают авторы статьи в Nature Communications.
Несмотря на миниатюризацию электроники, разработчики небольших роботов зачастую все еще ограничены в возможностях. К примеру, не всегда удается использовать в миниатюрном роботе автономную систему питания и управления движением. Вместо этого инженеры часто создают пассивные конструкции, полностью управляемые с помощью внешних стимулов. Обычно для этого используют магнитное поле, которое одновременно выступает в качестве источника команд и двигающей силы. Но возможности таких роботов, как правило, очень ограничены.
Группа инженеров из Института интеллектуальных систем общества Макса Планка под руководством Метина Ситти (Metin Sitti) создала нового пассивного робота, способного плавать в жидкости и перемещать предметы. Авторы взяли за основу принцип движения, используемый медузами, в частности Scyphomedusae. На этапе личинок они имеют форму звезды с восемью лопастями — аналогичную форму имеет и робот. Он выполнен из восьмиконечной центральной части, к которой присоединены намагниченные конечности с пассивными лопастями. Диаметр робота составляет около трех миллиметров.
Центральная часть выполнена из силиконового эластомера с включениями пятимикрометровых ферромагнитных частиц из неодима, железа и бора. Для придания роботу неравномерной намагниченности исследователи использовали простой, но примечательный метод. Они помещали на центр силиконовой части каплю, после чего конечности обволакивали каплю. Затем каплю замораживали и частицы намагничивали во внешнем поле величиной 1,8 тесла, после чего каплю размораживали и полимер снова распрямлялся. На последнем этапе на конечности прикрепляли немагнитные полимерные лопасти, а в центр устанавливали воздушный пузырь для придания роботу нейтральной плавучести.
Намагничивание центральной полимерной секции в изогнутом состоянии позволяет изгибать ее магнитным полем той или иной направленности. При этом робот подобно личинке медузы двигает лопастями и двигается вперед. Кроме того, инженеры показали несколько практических применений робота. К примеру, он может расчищать дно, убирая с него мелкие частицы. Также он способен поднимать наверх легкие частицы. Робот может переключаться между разными режимами взаимодействия с окружающими объектами, меняя длительность фаз движения конечностей и возврата их в исходное положение, а также амплитуду движений. Наконец, робота можно использовать для смешивания различных жидкостей.
Ранее группа Метина Ситти уже разрабатывала магнитных роботов. К примеру, в прошлом году они представили сразу две такие разработки. Один робот также состоит из силиконового эластомера с феромагнитными включениями, но представляет собой прямоугольную полоску. Робот так же способен переносить на себе объекты, захватывая их и перекатываясь по поверхности. Другая разработка состоит из соединенных эритроцита и бактерии. Бактерия двигает всю конструкцию вперед с помощью жгутика, а эритроцит несет на себе лекарство и суперпарамагнитные частицы, позволяющие менять направление движения.
Григорий Копиев
Гексакоптер оснащен двумя взлетно-посадочными платформами для квадрокоптеров
Инженеры из Сколтеха разработали гибридный гексакоптер MorphoLander, который выступает в роли передвижного аэродрома для дронов меньшего размера. MorphoLander не только летает, но и может ходить по неровной поверхности при помощи четырех ног. В верхней части корпуса расположены две взлетно-посадочные платформы для микродонов. Дрон может пригодиться для инспекции объектов и поиска пострадавших во время стихийных бедствий, говорится в препринте на arXiv.org. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Дроны отлично подходят для выполнения задач поиска, инспекции и мониторинга, но потребляют много энергии и не могут долго находиться в полете. Одним из способов преодолеть это ограничение стала разработка дронов гибридной конструкции, которые могут не только летать, но и передвигаться по земле, например, с помощью колес или ног. Несмотря на то, что такой подход позволяет продлить время работы за счет менее энергозатратного способа передвижения по поверхности, продолжительность полета гибрида и его эффективность часто снижается из-за дополнительного веса. Инженеры под руководством Дмитрия Тетерюкова (Dzmitry Tsetserukou) из Сколтеха предложили использовать громоздкий дрон в качестве носителя для дронов поменьше. Тогда большой дрон выступает в роли передвижного «улья», который в нужный момент выпускает рой маленьких дронов, способных более эффективно выполнить задачу на большой территории за счет совместной работы. Разработанный прототип под названием MorphoLander представляет собой гексакоптер с четырьмя ногами, каждая из которых имеет три степени свободы. С их помощью дрон может передвигаться по неровной поверхности. Масса гибрида немного больше 10 килограмм. Встроенного аккумулятора хватает на 12 минут полета. Сверху на корпусе закреплены две посадочные платформы диаметром 20 сантиметров, на которые могут садиться микродроны. Чтобы микродронам (инженеры использовали Crazyflie 2.1 массой 27 грамм) было проще садиться на MorphoLander, материнский дрон с помощью алгоритма стабилизации старается удерживать горизонтальное положение платформ, подстраивая высоту ног под неровности поверхности. Посадка микродронов происходит под управлением алгоритма машинного обучения, его обучение с подкреплением проходило в симуляторе на платформе игрового движка Unity, который позволяет имитировать физику, с использованием пакета машинного обучения Unity ML Agents. Обученный алгоритм посадки затем испытали в трех сценариях с участием реальных дронов. В первом два микродрона должны были взлетать с расстояния полутора метров от MorphoLander и затем садиться на его платформы. Среднее значение отклонения от центра платформы в этом сценарии составило всего около 5,5 миллиметра. Во втором сценарии микродроны должны были садиться на материнский дрон, стоящий на неровной поверхности. В этом случае ошибка возросла и составила 25 миллиметров. Третий сценарий имитировал реальное применение: микродроны взлетали с платформ, в то время как MorphoLander отходил от места взлета на некоторое расстояние, после чего микродроны должны были сесть обратно. Среднее значение отклонения от центра 20-сантиметровой платформы составило 35 миллиметров. В будущем инженеры планируют увеличить точность и устойчивость алгоритма управления микродронами за счет контроля тяги отдельных винтов. https://www.youtube.com/watch?v=fV8_Ejy81s8&t=1s Совместная работа помогает роботам справляться с более трудными задачами. К примеру японские инженеры разработали систему из работающих в паре дрона и наземного робота. Они соединены друг с другом тросом, что позволяет наземного дрону взбираться на более крутые подъемы. Для этого дрон закрепляет трос на вершине, после чего наземный робот натягивает его с помощью лебедки и поднимается наверх.