Механизм движения морского ежа воспроизвели в роботе

Американские инженеры создали робота, структура и механизмы движения которого напоминают таковые в морских ежах. На его поверхности установлены трубки, напоминающие ножки морских ежей, и позволяющие роботу цепляться за поверхность, а также искусственные аналоги игл, с помощью которых он может отталкиваться и поворачиваться. Разработка была представлена на конференции IROS 2019, статья о ней опубликована в IEEE Robotics and Automation Letters.

Морские ежи используют для передвижения необычный механизм. Их главные органы движения — это амбулакральные ножки. Они представляют собой сильно вытянутые трубки с более широкой присоской на конце. Для передвижения ежи накачивают в ножки воду и тем самым увеличивают их длину. После контакта с поверхностью ножка прикрепляется к ней благодаря выделению клейкого вещества. Если ножку необходимо открепить от поверхности, вещество растворяется при помощи другого фермента. Кроме того, при необходимости морской еж может подталкивать себя с помощью игл.

Инженеры из Гарвардского университета под руководством Джеймса Вивера (James Weaver) создали робота, оснащенного искусственными аналогами ножек и игл морских ежей. За основу они взяли строение молодых морских ежей, которое в основном отличается разветвленной формой игл. Робот выполнен в виде полусферы, собранной из пяти равных сегментов. В каждом из сегментов установлено по две иглы, одна из которых имеет разветвленную форму, а вторая боле гладкую. Игла установлена на основание из трех надуваемых элементов, которые при подаче давления удлиняются и заставляют иглу поворачиваться в ту или иную сторону.

Кроме игл в каждом сегменте установлено по одной полой гофрированной ножке, состоящей из эластомера. На конце ножки расположен магнит, причем он установлен таким образом, что изначально располагается внутри, а при достижении порогового давления выдвигается наружу. Инженеры использовали магниты в качестве альтернативы химическому связыванию с поверхностью. Однако это накладывает на робота ограничение: он может передвигаться только по ферромагнитным поверхностям.

Для управления иглами и ножками в роботе установлено два насоса, работающих с воздухом или водой, а также восемь клапанов. Пять из них используются для индивидуального управления каждой ножкой, а остальные три подсоединены к одному из трех надуваемых элементов игл, поэтому все иглы в роботе двигаются одновременно.

Инженеры провели эксперименты и сравнили скорость передвижения робота с настоящими ежами. Диаметр полусферического корпуса робота составляет 23 сантиметра. За один цикл движения длиной десять секунд он способен передвинуться на шесть сантиметров. Это соответствует 0,027 длинам тела в секунду, что примерно в девять раз меньше, чем у настоящих молодых морских ежей.

В прошлом году японские инженеры создали робоежа с 32 ногами, каждая из которых может независимо удлиняться и толкать робота в нужном направлении. Это позволяет роботу мгновенно менять направление движения и с одинаковой эффективностью двигаться в любую сторону.

Григорий Копиев