Гарвардский роботаракан уменьшился в размерах
Американские инженеры создали уменьшенную версию роботаракана HAMR. Новый четвероногий робот имеет длину 2,25 сантиметра и массу 320 миллиграммов. В нем используется восемь пьезоэлектрических актуаторов, работающих с частотой до 200 герц, что позволяет ему передвигаться со скоростью почти 14 длин тела в секунду. Разработчики представили статью о роботе на конференции ICRA 2020, а также рассказали о нем в интервью для IEEE Spectrum.
В некоторых сферах востребованы совсем небольшие роботы, способные выполнять, как правило, ограниченный набор задач в условиях, недоступных человеку из-за размера. К примеру, Rolls-Royce представила в 2018 году концепцию диагностики и ремонта авиадвигателей миниатюрными роботами, а затем инженеры из Гарвардского университета в совместном с компании исследовании создали реальный прототип робота, способного ходить по внутренним частям двигателя, причем даже вверх ногами.
Он был основан на миниатюрном роботаракане HAMR, вариации которого инженеры в последние годы научили ходить по воде, взбираться на горки и показывать другие навыки. Робот имел небольшой размер и долгое время был одним из наиболее совершенных машин в сравнении с аналогами, но для того, чтобы его или аналогичные устройства можно было реально применять для заявляемых задач, к примеру, перемещаться по небольшим зазорам при обследовании механизмов и конструкций, необходимо работать над дальнейшей миниатюризацией компонентов.
В своей новой работе инженеры из Гарвардского университета под руководством Роберта Вуда (Robert Wood) создали рабочий прототип уменьшенного роботаракана HAMR-Jr в несколько раз меньшей массой и размером: 320 миллиграммов и 2,25 сантиметра в длину. Как и его «прародитель» HAMR, новый робот состоит из углеволоконной рамы, миниатюрной электроники и главного компонента — пьезоэлектрических актуаторов с механической передачей.
Возле каждой ноги роботаракана располагаются два параллельных пьезоэлеткрических актуатора. У каждого из них только одна степень свободы и они могут под действием электрического тока отклоняться вправо или влево. Но к актуаторам присоединены части механической передачи, которые с другой стороны присоединены к ноге. Это позволяет преобразовывать движения одного актуатора в движение ноги по вертикали, а второго в движение по горизонтали. За счет этого ноги робота могут двигаться произвольно, в том числе описывать в воздухе круг.
Поскольку эта версия роботаракана является первичным прототипом, в ней инженеры реализовали базовые возможности, но не автономность. Робот получает энергию и команды от стороннего источника. При этом авторы отмечают, что по результатам экспериментов масса полезной нагрузки робота оказалась равной 3,5 граммам, что достаточно для того, чтобы добавить роботу аккумулятор, приемник сигналов и преобразователь напряжения, если судить по предыдущим разработкам этой и других групп. Также они показали, что полезная нагрузка, равная массе робота, почти не оказывает влияние на характеристики его движения.
Помимо исследований максимальной нагрузки инженеры протестировали разные режимы движений HAMR-Jr и его скорость. Они показали, что робот способен передвигаться несколькими видами шага вперед, в том числе рысью, прыгать, ходить вбок подобно крабу и поворачивать. Испытания продемонстрировали, что максимальная скорость достигается при частоте движения актуаторов 200 герц. С такой частотой скорость достигает 31,3 сантиметра в секунду или 13,9 длин тела в секунду.
Группа Роберта Вуда также занимается созданием робопчел — небольших летающих роботов. В конце прошлого года инженеры показали новую версию с четырьмя парами крыльев и массой 0,66 граммов. Такое количество крыльев позволяет роботу не только находится в воздухе, но и маневрировать.
Григорий Копиев
Он может ходить и менять форму
Инженеры из Швейцарии разработали модульного робота Mori3, состоящего из отдельных самостоятельных базовых элементов. Каждый из них имеет треугольную форму, может самостоятельно передвигаться и соединяться с другими элементами, образуя трехмерную конструкцию, которая способна изменять свою пространственную конфигурацию наподобие оригами. Чтобы продемонстрировать возможности Mori3, разработчики собрали из нескольких базовых элементов манипулятор, подвижную гусеницу и четырехногого робота. Статья опубликована в журнале Nature machine intelligence. Несмотря на то, что сконструированные для выполнения конкретных задач роботы выполняют работу более эффективно, иногда универсальность оказывается предпочтительнее специализации. Например, на борту космического корабля из-за ограничений на объем и массу полезной нагрузки, доставляемой с Земли, гораздо практичнее использовать одного универсального робота, способного выполнять множество задач, чем множество специализированных устройств. Один из подходов к созданию таких роботов состоит в модульности, когда несколько независимых элементов объединяют в одну конструкцию, которую можно реконфигурировать в зависимости от задачи. Например, в 2019 году группа инженеров под руководством Джейми Пайк (Jamie Paik) из Федеральной политехнической школы Лозанны продемонстрировала простого модульного робота, состоящего из одинаковых независимых прямоугольных элементов. Три соединенных вместе элемента образуют небольшого треугольного робота, способного ползать по поверхности, подпрыгивать, а также участвовать в совместных действиях с другими такими же роботами. В своей новой работе эта же группа инженеров продолжила развитие концепции модульности. Они разработали модульную систему Mori3, в основе которой лежат базовые элементы, играющие роль физических полигонов, из которых по аналогии с полигонами в компьютерной графике можно строить трехмерные объекты. Базовый полигон представляет собой треугольник и состоит из трех сторон, которые могут сокращаться или увеличивать длину с помощью электромоторов примерно на 7,5 процентов, за счет чего также изменяются углы между сторонами базового элемента и форма треугольника. Каждая сторона элемента оснащена механизмом стыковки, который позволяет ему автоматически соединяться с другими полигонами механически и электрически. При этом каждый треугольник способен передвигаться самостоятельно по плоской поверхности и менять направление движения с помощью тех же актуаторов, которые отвечают за изменение угла между двумя состыкованными элементами. Кроме этого каждый из них оснащен собственным элементом питания и платой управления, расположенной на пружинном подвесе в центре модуля. Всего инженеры построили 14 базовых роботреугольников из которых собрали несколько конструкций, чтобы продемонстрировать возможности системы. Например, одна из конструкций показывает возможность интерактивного управления конфигурацией модульного робота с помощью руки оператора, положение которой отслеживается сенсором. В зависимости от расстояния между рукой и датчиком робот, состоящий из шести элементов, переходит из плоской формы в колокообразную. Несмотря на то, что каждый отдельный модуль может самостоятельно передвигаться, происходит это довольно медленно и только на плоской поверхности. Однако, разработчики продемонстрировали, что из 10 модулей Mori3 можно собрать подобие транспортной ленты, способной катиться по поверхности, или четырехногого робота, который может передвигается переставляя последовательно четыре опоры. При этом робот может самостоятельно складываться в нужную конфигурацию из плоской формы, изменяя углы между отдельными модулями наподобие оригами. Кроме этого разработчики использовали несколько соединенных вместе модулей в качестве простейшего манипулятора, с помощью которого можно двигать предметы. https://www.youtube.com/watch?v=CD5Cj7RhxY0 Ранее мы рассказывали об исследовании взаимодействия в рое из 300 роботов, в котором инженерам удалось воспроизвести самопроизвольный реакционно-диффузионный механизм Тьюринга.