Разматываемая оболочка и струя воздуха позволили робочервю проползти сквозь толщу песка

Американские инженеры разработали робочервя, способного ползать в толще песка. Он испытывает сниженное сопротивление песка благодаря двум особенностям: он выдувает воздух перед собой, заставляя песок двигаться, а также разматывает оболочку в передней части, не двигаясь по остальной длине. Статья с описанием разработки опубликована в журнале Science Robotics.

Песок представляет собой сыпучую среду и по поведению во многом похож на жидкость. В отличие от воздуха и безвоздушного пространства, при движении по воде и сыпучим средам объекты испытывают большое сопротивление. Разработчики водных аппаратов научились обходить его хитрыми способами, например, создавая вокруг носа подводного аппарата кавитационную полость или поднимая катера над водой при помощи подводных крыльев. 

Способы эффективного движения в песке и подобных средах гораздо хуже проработаны инженерами, однако они встречаются у некоторых животных. К примеру, осьминоги Octopus kaurna умеют зарываться в дно, размягчая его при помощи струи воды, а у ящериц Scincus scincus форма головы асимметрична по вертикали, что позволяет компенсировать неравномерное давление в песке (поскольку литостатическое давление песка увеличивается вместе с глубиной, при движении в нем объекта давление на нижнюю и верхнюю стороны отличается, что приводит к образованию подъемной силы).

Николас Наклерио (Nicholas Naclerio) и его коллеги из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Технологического института Джорджии собрали примеры адаптации животных к движению в песке и применили их в своем роботе. Также отчасти они воспользовались конструкцией другого робота, в разработке которого принимал участие руководитель этой группы Эллиот Хоукс (Elliot Hawkes). Вместо обычного подхода, при котором робот передвигается в пространстве, авторы той работы предложили увеличивать его в длину в нужную сторону, разматывая сложенные фрагменты.

Новый робот использует похожий принцип движения. Он представляет собой свернутую трубу из двусхлойной герметичной ткани. В основании в трубу подается воздух, который заставляет ее разворачиваться и удлиняться. Главное преимущество такой конструкции заключается в том, что уже развернутая часть остается на месте и не двигается вперед, а значит не испытывает силу трения о песок, мешающую движению.

Тканевая труба обернута вокруг сердцевины, в которой есть две тонкие трубки для подачи воздуха. Воздух из них выходит под давлением, что позволяет превращать стоячий песок в подвижную взвесь и многократно снижать лобовое сопротивление. На конце сердцевины воздух из трубок выходит в двух направлениях: прямо и вниз под углом 90 градусов. Варьируя соотношение тяги в трубках, робот может менять результирующее направление потока воздуха. Также на конце робота есть пластина, закрепленная под углом и компенсирующая подъемную силу. Наконец, внутри тканевой трубы есть боковые тросы, натяжение которых заставляет ее конец поворачивать. Используя все эти способы, робот может полностью управлять своим движением по вертикали и горизонтали.

Разработчики продемонстрировали возможности робота. В ролике можно увидеть, как робот заползает в песок, поворачивает в разные стороны и даже подныривает под строительные блоки, огибая их снизу.

Исследователи занимаются не только проблемой перемещения внутри песка, но и по нему. Американские физики разобрались в поведении песка во время отталкивания от него и нашли способ увеличить высоту прыжка на 20 процентов.

Григорий Копиев