Американские инженеры предложили оснащать мягких роботов бистабильным позвоночником с пружиной — благодаря этому роботы могут передвигаться гораздо быстрее. Для демонстрации эффективности такого подхода авторы создали несколько прототипов, один из которых может галопировать со скоростью 2,5 длины тела в секунду, что в два раза быстрее полностью мягкого аналога. Статья опубликована в Science Advances.
В последние несколько лет разработка мягких роботов существенно продвинулась вперед — так, в 2016 году инженерам впервые удалось создать полностью мягкого робота, в котором вместо жесткой электроники использовалась примитивная микрофлюидная схема. Однако практическое применение самых разных мягких роботов еще далеко от реальности, и одно из важных ограничений — скорость передвижения. Современные мягкие роботы по-прежнему передвигаются крайне медленно относительно собственной длины — к примеру, один из последних мягких роботов за секунду преодолевает 0,75 длины своего тела.
Чтобы это компенсировать инженеры пытаются найти разные подходы (даже мягкое пневматическое колесное шасси), и теперь исследователи из США предложили еще одну концепцию. Цзе Инь (Jie Yin) из Университета штата Северная Каролина и его коллеги из других американских университетов протестировали разные варианты конструкции для мягкого робота и обнаружили, что скорость передвижения полностью мягкого робота можно значительно увеличить, добавив в конструкцию бистабильный позвоночник с пружиной.
Авторы экспериментировали с примитивной конструкцией робота на четырех опорах. Робот состоит из двух параллельных сегментов, в каждом из которых есть верхний и нижний пневматический канал. Управляя давлением в них можно заставить робота сгибаться и разгибаться, в результате чего он будет шагать вперед.
Инженеры испытали три версии шагающего робота: полностью мягкая, с двухсегментным позвоночником и с бистабильным позвоночником (двухсегментный позвоночник и пружина). В последнем варианте пружина работает как конденсатор энергии — сначала при изменении давления она сжимается, а когда позвоночник пересекает точку максимального сжатия, пружина разжимается, робот резко разгибается и прыгает вперед (авторы назвали эту походку галопом).
Исследователи сравнили роботов в трех разных модификациях и выяснилось, что если использовать простой позвоночник, то мягкий робот без него все же передвигается быстрее, чем с ним (1,2 длины тела в секунду против 0,5), однако если в конструкцию добавить пружину, скорость вырастает до 2,5 длины тела в секунду (174 миллиметра в секунду). Дополнительно инженеры продемонстрировали прототип плавающего робота с бистабильным позвоночником — мягкой роборыбе удалось разогнаться до 0,78 длины тела в секунду.
Авторы отмечают, что показанные устройства — лишь демонстрация метода. Бистабильный позвоночник можно применять в самых разных конструкциях и это простое масштабируемое решение. При этом его можно использовать не только для повышения скорости передвижения, но и, например, для ускорения захвата объектов манипуляторами.
Из других важных разработок для мягких роботов можно отметить электрофлюидные логические схемы, а также полностью мягкий насос. Все это приближает подобные устройства к реальному использованию.
Николай Воронцов