Пружинный робот прыгнул выше девятиэтажки

Elliot W. Hawkes et al. / Nature, 2022

Американские инженеры разработали робота, способного подпрыгивать почти на 33 метра. Он состоит из эластичной рамы и «резинок», которые натягиваются мотором, а затем резко расслабляются и посылают робота вверх. Согласно расчетам, на Луне такой робот сможет преодолевать за один прыжок полкилометра, рассказывают авторы статьи в Nature.

У ездящих роботов и летающих дронов есть альтернатива в виде прыгающих роботов. Они способны преодолевать высокие препятствия, но при этом не тратят много энергии, как дроны. Одно из реальных применений таких роботов — космические исследования. Например, японская межпланетная станция «Хаябуса-2» в 2018 году высадила на астероид Рюгу два робота, которые для перемещения по поверхности использовали внутренний двигатель с грузом. Он резко перемещал центр масс робота и заставлял его подпрыгивать, чтобы исследовать новый участок поверхности.

Инженеры под руководством Эллиота Хоукса (Elliot Hawkes) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре создали робота способного прыгать на рекордную для роботов и живых существ высоту. Стоит отметить, что авторы в статье называют его не роботом, а «прыгуном» или устройством.


В верхней части робота расположен электромотор с редуктором 1:1000 и аккумуляторы. В нижней части (она занимает почти весь объем) установлено четыре рейки из углеволокна. Между ними по центру натянуто по четыре латексных «резинки». А через центр, где «резинки» пересекаются, проходит трос, который соединяет нижние торцы углеволоконных реек с мотором.

Способности робота обусловлены гибридной конструкцией, выбранной разработчиками: в нем совмещаются элементы, работающие на сжатие и растяжение. Для накопления энергии робот, находящийся в распрямленном и длинном состоянии, включает электромотор и начинает вращать вал. При этом трос начинает наматываться на вал, потому что он подходит к валу через плечо. Из-за наматывания на вал свободная длина троса начинает сокращаться, поэтому рейки начинают сгибаться, а латексные тросы в свою очередь растягиваться и запасать в этих двух видах деформации энергию.

Плечо, через которое проходит трос недалеко от мотора, держится за счет защелки. На определенной длине троса установлен клин, который отгибает защелку. В этот момент под натяжением троса плечо, которое уже ничто не держит, поворачивается, а трос, который теперь тоже ничто не держит, почти моментально разматывается с вала — это занимает менее девяти миллисекунд. Из-за низкой массы робота (30 грамм), высокой силы пружины (130 ньютонов) и ее почти моментального высвобождения робот взлетает вверх со скоростью 28 метров в секунду.

Эксперименты показали, что робот способен взлетать на 32,9 ± 0,7 метра. Расчеты показывают, что на Луне с ее меньшей силой тяжести и отсутствующей атмосферой робот смог бы подпрыгнуть на 125 метров и преодолеть за один прыжок полкилометра. После приземления робот готов к повторному использованию. Для этого он снова натягивает трос и в процессе, благодаря «ногам» на рейках (правда, они есть не на всех прототипах, вероятно, из-за дополнительной массы), встает вертикально.


В одном из испытаний инженеры закрепили на робота камеру и сняли его полет. Учитывая расчеты полетов в лунных условиях, гипотетически робота можно было бы использовать в качестве разведчика-компаньона для лунохода по аналогии с тем, как марсоход «Персеверанса» работает в паре с вертолетом «Индженьюити». На днях вертолет совершил очередной полет и впервые снял посадочный модуль, доставивший оба аппарата на планету.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.