Распределение обязанностей помогло роботам точно передвинуть груз
Швейцарские и японские инженеры разработали миниатюрного робота, способного ползти по ровной и даже наклонной поверхности, а также прыгать, перенося на себе небольшой груз. Несколько таких роботов могут работать единой группой, распределяя обязанности между собой. Авторы показали это на примере операции, во время которой два робота толкали тяжелый блок, один измерял пройденное расстояние, а еще двое отвечали за передачу данных от измеряющего робота к толкающим через инфракрасные передатчики. Статья с описанием разработки опубликована в Nature.
Большая часть роботов имеет размер, хотя бы отдаленно сравнимый с человеком, и предназначены для работы в тех же условиях. Но в робототехнике также есть отдельная область, в рамках которой инженеры и ученые создают небольших роботов для работы в недоступных для человека местах. Например, инженеры из Гарвардского университета и Rolls-Royce предлагают использовать для диагностики и ремонта авиадвигателей микророботов, способных проникать во внутренние части конструкции.
Поскольку из-за размера возможности таких роботов сильно ограничены, инженеры предлагают объединять их в группы, способные вместе выполнять более сложные задачи, чем поодиночке. Инженеры под руководством Джейми Пайк (Jamie Paik) из Федеральной политехнической школы Лозанны реализовали эту концепцию на практике, создав миниатюрных автономных роботов, способных распределять части общей задачи между собой.
Робот представляет собой треугольную конструкцию, состоящую из трех расходящихся от общего центра полимерных полосок. Помимо жесткой связи в центре полоски также связаны между собой с помощью пружин по краям. Они состоят из сплава с памятью формы и благодаря этому сокращаются при нагревании электрическим током. Это позволяет роботу прыгать, причем не только вверх. Робот может управлять траекторией движения, активируя нужные пружины в определенной последовательности. Кроме того, на краях двух полосок установлено еще по одному актуатору из сплава с памятью формы. Они позволяют роботу ползти.
Помимо актуаторов в роботе установлен аккумулятор, микроконтроллер, датчик приближения и инфракрасный приемопередатчик. Последний компонент нужен роботу для взаимодействия с другими роботами. Авторы показали несколько примеров того, как роботы могут работать вместе. В одном из них перед роботами поставили задачу передвинуть на определенное расстояние блок, масса которого велика, чтобы его мог сдвинуть один робот, но не настолько, чтобы с этим не справились два робота. В операции участвовало пять роботов. Два из них толкали блок, принимая сигнал от третьего робота. Он в свою очередь вместе с еще одним роботом служил передатчиком сигналов от пятого робота, измеряющего с помощью датчика приближения расстояние, на которое сдвинулся блок.
Кроме того, инженеры показали, как роботы могут вдвоем преодолевать препятствие. Для этого один робот после прохождения препятствия сообщает информацию о нем второму через инфракрасный передатчик.
Существуют и другие роботы для отработки механизмов коллективного взаимодействия. Самые известные из них — килоботы. Это небольшие роботы размером около трех сантиметров, способные двигаться благодаря вибромоторам и передавать информацию соседям через инфракрасные передатчики. Исследователи давно используют их в своих работах в качестве модельных организмов. Например, с их помощью ученые показали, что при принятии бинарных решений (А или Б) неопределившиеся со своим мнением участники роя помогают всей группе прийти к единому мнению, тогда как без них доля сторонников одного мнения не поднимается выше 90 процентов. А в прошлом году исследователи продемонстрировали, что рой килоботов способен демонстрировать искусственный морфогенез и даже «залечивать повреждения» без использования общего управляющего алгоритма.
Григорий Копиев
Он выдерживает температуру в 200 градусов Цельсия на протяжении 10 минут
Инженеры разработали термоустойчивый квадрокоптер FireDrone, он способен выдержать температуру в 200 градусов Цельсия в течение десяти минут. Это стало возможно благодаря тепловой защите на основе аэрогеля из полиимида, в которую заключены все внутренние компоненты дрона, включая электромоторы. Прототип оборудован инфракрасной камерой и термодатчиками, отслеживающими внутреннюю и внешнюю температуры. Благодаря устойчивости к высоким температурам дрон может пригодиться пожарным службам для разведки во время пожаров. Статья опубликована в журнале Advanced Intelligent Systems. Во время тушения пожаров пожарные службы отправляют на место происшествия разведывательные отряды, чтобы оценить ситуацию. Это создает риск для жизни и здоровья сотрудников спасательных служб, поэтому инженеры ищут возможность использовать для этой цели дроны, которые можно было бы отправить к источнику опасности вместо людей. С помощью беспилотников можно предварительно обследовать место происшествия и определить положение источников опасности, составить план местности и попытаться найти выживших. Однако для того, чтобы работать в непосредственной близости от источника высокой температуры, дрон должен обладать термозащитой. Инженеры под руководством Мирко Ковача (Mirko Kovač) из Имперского колледжа Лондона разработали прототип квадрокоптера FireDrone с термозащитой на основе армированного стеклотканью полиимидного аэрогеля — легкого пористого геля, который состоит в основном из воздушных полостей в полиимидной матрице с добавлением стекловолокна и силикатного аэрогеля. Благодаря этой защите дрон способен выдерживать температуру до 200 градусов Цельсия на протяжении десяти минут, при этом температура внутри корпуса не превышает 40 градусов. Помимо обычной RGB-камеры, дрон оборудован также камерой, снимающей в инфракрасном диапазоне для обнаружения источников высокой температуры, в условиях сильного задымления. Бортовая электроника один раз в секунду измеряет температуру снаружи и внутри термозащитного кожуха. Внутри дрона есть система охлаждения, которая построена на использовании эффекта понижения температуры при испарении сжиженного углекислого газа, который находится в картридже. При излишнем нагреве происходит открытие клапана и небольшие трубки распределяют газ для охлаждения внутренних компонентов. Термозащита дрона построена из плоских элементов толщиной 15 миллиметров, которые крепятся к раме из полиамида, образуя ромбокубооктаэдр. Корпус такой формы проще в изготовлении, чем корпус с изогнутыми элементами, при этом он имеет достаточный внутренний объем. Для отражения инфракрасного излучения от источников тепла снаружи дрон покрыт алюминиевой фольгой. Двигатели находятся в центральной части дрона, их вращение передается пропеллерам с помощью трансмиссии. Термозащиту разработчики испытали в тепловой камере, а также в тестовых полетах вблизи источников открытого пламени. Эти эксперименты подтвердили, что за счет тепловой изоляции с помощью аэрогеля и использования системы охлаждения удается значительно замедлить рост внутренней температуры. Кратковременно дрон способен выдержать температуру даже больше 1000 градусов, однако при этом начинают происходить структурные изменения корпуса за счет деформации аэрогеля. Для чистого полиимидного аэрогеля такая деформация наблюдается уже выше 200 градусов, но дополнительные армирующие добавки позволяют снизить этот эффект. Благодаря низкой теплопроводности дрон может использоваться также и при низких температурах. И если время работы дрона в условиях высокой температуры определяется размером резервуара с углекислым газом для системы охлаждения, то в случае полетов в условиях холода, внутренняя температура поддерживается на достаточном уровне за счет тепловыделения внутренних компонентов дрона. https://www.youtube.com/watch?v=pNp2T9Sx7xY Из множества существующих дронов, предназначенных для тушения пожаров с помощью воды или огнетушителей выделяется гексакоптер NIMBUS, разработанный специалистами из Университета Небраски-Линкольна. Вместо тушения уже разгоревшегося огня, он предназначен для создания новых контролируемых поджогов — одного из методов борьбы с пожарами. Для этого он оборудован системой сброса горящих шаров.