Американские инженеры создали миниатюрного робота-амфибию для биомедицинских целей. Его цилиндрический корпус сделан из полипропиленовой пленки, сложенной по паттерну оригами Креслинг, благодаря чему робот способен сжиматься и скручиваться. В движение он приводится с помощью магнитного поля, под управлением которого робот может передвигаться по суше, плавать в жидкости, прыгать, а также подбирать предметы и доставлять их заданную позицию. Благодаря форме корпуса робот при движении автоматически подстраивается под окружающий рельеф и способен преодолевать препятствия разной формы и размера. Разработчики испытали возможности робота на полосе препятствий, частично заполненной водой, а также в желудке свиньи с вязкой жидкостью. Статья, описывающая разработку, опубликована в журнале Nature Communications.
Инженеры все чаще используют оригами в конструкции новых устройств. К примеру, инженеры из Южной Кореи разработали на основе оригами-конструкции прототип колеса, которое способно менять свою форму и диаметр во время движения, а в Дании создали складывающийся прототип корпуса для космических аппаратов, который позволит уменьшить занимаемый аппаратом объем под обтекателем ракеты-носителя.
Элементы оригами также довольно часто применяются и в робототехнике. Например, японские и американские инженеры представили высокоточный пьезоэлектрический манипулятор для хирургических операций на основе подвижной оригами-конструкции. А в Университете Огайо собрали из нескольких оригами-элементов цилиндрической формы прототип манипулятора. Каждый из элементов сложен в виде паттерна, описанного Бирутой Креслинг, состоящего из чередующихся треугольников, расположенных под углом к оси цилиндра. Это позволяет элементу складываться по высоте цилиндра, преобразуя друг в друга вращательное и поступательное движения его оснований.
Такой же паттерн оригами применили инженеры из Стэндфордского университета под руководством Цицзи Цзэ (Qiji Ze) в конструкции разработанного ими миниатюрного робота. Его корпус представляет собой полый цилиндр диаметром около восьми и высотой около пяти миллиметров. Он сложен по паттерну Креслинг из полипропиленовой пленки. К одному из оснований цилиндра крепится магнитная пластина из силикона с внедренными в нее магнитными наночастицами. Вектор намагниченности пластины лежит в ее плоскости.
Для дистанционного управления миниатюрным роботом используется система управления, состоящая из трех наборов взаимно-перпендикулярных катушек Гельмгольца. Вращение направления управляющего магнитного поля приводит робота в движение. Он может катиться, вращаясь вокруг оси цилиндра, а также переворачиваться с основания на основание. Благодаря этому робот преодолевает возникающие на его пути препятствия, автоматически переключаясь с одного типа движения на другой в зависимости от рельефа.
В водной среде ребра треугольников на боковой поверхности оригами-цилиндра начинают играть роль лопастей водяного винта, создавая тягу при вращении корпуса вокруг оси. Максимальная скорость, которую цилиндрическому роботу удалось развить под водой, составила около 12 длин тела в секунду.
Кроме этого, робот способен совершать прыжки. Для этого внешнее магнитное поле, направленное под углом к направлению намагниченности пластины робота, включают кратковременно. Наибольшей высоты и длины прыжка, инженером удалось добиться при угле 120 градусов и величине индукции магнитного поля 40 миллитесла. Они составили 24 и 56 миллиметров соответственно.
Для того чтобы робот смог манипулировать полезной нагрузкой, в свободном от магнитной пластины основании есть отверстие, через которое робот может подбирать предметы в водной среде. Для этого отверстие робота приближают к грузу, после чего корпус раскручивают. Вблизи отверстия создается область низкого давления и предмет засасывает вместе с окружающей водой внутрь корпуса робота. Для разгрузки же достаточно перевернуть робота отверстием вниз, и полезная нагрузка выпадет под действием силы тяжести.
Кроме этого, инженеры разработали вариант робота для доставки жидких препаратов с двумя магнитными пластинами на основаниях цилиндра, которые отличаются направлениями намагниченности. Под воздействием внешнего магнитного поля определенного направления пластины поворачиваются друг относительно друга, сжимая оригами-цилиндр. При этом расположенная внутри на одном из оснований цилиндра ампула протыкается иглой, расположенной на противоположном конце, высвобождая лекарство, которое поступает наружу через прорези в боковой стенке корпуса робота.
Инженеры провели ряд тестов, демонстрирующих возможность точного управления роботом на заданной траектории. Для этого они построили полосу препятствий, частично заполненную водой, с наклонными поверхностями, ступеньками и барьерами, которые можно преодолеть только с помощью прыжка. На одном из участков маршрута робот погружается в воду, после чего успешно подбирает груз на дне резервуара и доставляет его в нужную точку на поверхности.
В другом эксперименте разработчики использовали свиной желудок, заполненный жидкостью с высокой вязкостью, чтобы продемонстрировать возможность использования робота в биомедицинских целях. Для передвижения в жидкости с вязкостью аналогичной желудочному соку инженерам пришлось слегка повысить величину управляющего магнитного поля с 10 до 12 миллитесла.
Ранее мы рассказывали об ученых из MIT, которые использовали магнитное поле для дистанционного управления хирургическим инструментом. Они разработали систему управления на основе роборуки и постоянного магнита, позволяющие выполнять эндоваскулярные операции удаленно.
Андрей Фокин
И чистить их
Компания Migo Robotics разработала робопылесос, который способен спускаться и подниматься по лестницам, попутно очищая ступеньки. Робот оснащен модулем пылесоса и шваброй для влажной уборки. За навигацию отвечают лидар, HD-камера и ToF-сенсоры, а встроенные алгоритмы распознавания образов могут определить более 100 типов объектов. Одного заряда хватает, чтобы провести уборку на площади 500 квадратных метров, сообщает New Atlas. Подробная информация об устройстве доступна на Kickstarter.