Четвероногий робот с магнитными ступнями прогулялся по стенам и потолку
Он умеет ходить по ферромагнитным поверхностям
Корейские инженеры создали четвероногого робота MARVEL с магнитными ступнями, который способен ходить по стенам и потолку из ферромагнитных материалов. Скорость движения робота по вертикальным поверхностям достигает 0,7 метра в секунду, он способен переступать препятствия шириной до 10 сантиметров и высотой до 5 сантиметров. Статья опубликована в Science Robotics.
Роботов все чаще привлекают к инспекции промышленных объектов и инфраструктурных сооружений — есть даже модели, сертифицированные для работы во взрывоопасной среде. При этом ходячие и колесные роботы хорошо подходят для работы на земле, а вот для работы на высоте приходится использовать дроны — они справляются с осмотром сотовых вышек, мостов, самолетов, судов и даже паровых котлов.
Однако время полета и грузоподъемность мультикоптеров сильно ограничены, поэтому инженеры ищут пути использования на высоте и более тяжелых роботов. Например, их учат пользоваться лестницами — это уже умеют делать как двуногие роботы, так и четвероногие.
Хе Вон Пак (Hae-Won Park) вместе с коллегами из Корейского института передовых технологий (KAIST) пошли еще дальше и сделали робота, который способен ходить по ферромагнитным поверхностям благодаря магнитным ступням и, таким образом, может передвигаться по высоким металлическим конструкциям без помощи лестниц.
Четырехногий робот под названием MARVEL обладает перманентными электромагнитами в ступнях — они потребляют энергию только при переключении состояния, поэтому при необходимости остановиться на месте на длительное время робот не будет тратить энергию на то, чтобы держаться на стене или потолке. Кроме того, ступни покрыты подушечками из магнитореологического эластомера, который обеспечивает хорошее сцепление с поверхностью, даже если она ржавая или окрашена.
Робот умеет переходить с земли на стену, а со стены — на потолок. Он владеет тремя разными походками для разных ситуаций, перешагивает препятствия до 10 сантиметров в ширину и до 5 сантиметров в высоту и развивает скорость в 0,5 метра в секунду на потолке и до 0,7 метра в секунду на стене. При этом на потолке робот способен перемещаться с грузом массой до трех килограмм.
Для демонстрации возможностей робота инженеры показали, как он перемещается по вертикальному баку, покрытому 0,3-миллиметровым слоем старой краски и ржавчины, успешно переступая через препятствия.
Есть и другие примеры перемещающихся по стенам роботов, но они, как правило, значительно меньше и легче, а потому удерживаются на стене благодаря пропеллерам, присоскам, электроадгезии или когтей.
Его система управления автоматически находит оптимальные точки в воздушных потоках
Инженеры разработали алгоритм управления для беспилотников самолетного типа, который позволяет парить на восходящих воздушных потоках, расходуя в 150 раз меньше энергии, чем при активном полете с работающим двигателем. Алгоритм отслеживает и подстраивается под непрерывно изменяющиеся воздушные потоки, сохраняя высоту. Препринт доступен на arXiv.org. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Беспилотники самолетного типа более энергоэффективны, чем мультикоптеры. Благодаря крыльям они способны преодолевать большие дистанции и могут гораздо дольше находиться в воздухе. Причем эти параметры могут быть увеличены за счет парения — планирующего полета, в котором аппарат использует восходящие воздушные потоки для удержания в воздухе без использования тяги двигателей, аналогично тому, как это делают некоторые птицы. Группа инженеров под руководством Гвидо де Круна (Guido de Croon) из Делфтского технического университета разработала систему управления, которая позволяет беспилотникам самолетного типа без какой-либо предварительной информации о поле ветра самостоятельно находить оптимальные точки в восходящих воздушных потоках и использовать их для длительного парения с минимальным расходом энергии. В системе управления вместо обычного ПИД-регулятора используется метод инкрементальной нелинейной динамической инверсии, контролирующий угловое ускорение, подстраивая его под желаемые значения. Система управления может без изменения настроек работать и в режиме парения, и при полете с включенным двигателем во время поиска новых оптимальных точек в воздушных потоках или для компенсации резких порывов ветра. Для поиска оптимальных точек в поле ветра, в которых скорость снижения полностью компенсируется восходящим потоком воздуха, применяется алгоритм имитации отжига. Он случайно выбирает направления в пространстве пытаясь найти такую точку, в которой беспилотник может устойчиво лететь с минимально возможной тягой двигателя. Для тестов инженеры построили 3D-печатный прототип на основе модели радиоуправляемого самолета Eclipson model C. Он имеет размах крыла 1100 миллиметров и массу 716 грамм вместе с аккумуляторной батареей. В качестве полетного контроллера применяется Pixhawk 4. Помимо установленного под крылом и откалиброванного в аэродинамической трубе сенсора скорости, беспилотник имеет GPS-модуль для отслеживания положения во время полетов на открытом воздухе. В помещении применяется оптическая система Optitrack. Испытания проводились в аэродинамической трубе, возле которой установили наклонную рампу, для создания восходящего воздушного потока. Прототип запускали в воздушном потоке сначала на ручном управлении, после чего включали автопилот. Разработчики провели эксперименты двух типов. В первом они постепенно изменяли скорость воздушного потока от 8,5 до 9,8 метров в секунду при фиксированном угле наклона рампы. Во втором эксперименте скорость воздушного потока оставалась неизменной, зато менялся угол установки подиума. В обоих случаях алгоритм системы управления быстро находил в поле ветра точки, в которых мог поддерживать планирующий полет в течение более чем 25 минут, лишь изредка задействуя тягу двигателя в среднем лишь на 0,25 процента от максимальной, хотя при таких значениях воздушного потока для поддержания обычного полета требуется около 38 процентов. При изменении поля ветра из-за изменившегося угла наклона рампы или скорости воздушного потока алгоритм успешно находил и удерживал новое положение равновесия. В будущем инженеры планируют провести испытания на открытом воздухе. https://www.youtube.com/watch?v=b_YLoinHepo Американские инженеры и планетологи предложили использовать планер, способный длительное время держаться в воздухе за счет восходящих потоков и термиков, для изучения каньонов Марса. Предполагается, что такие аппараты с надувными разворачиваемыми крыльями могут стартовать с аэростата или дирижабля и затем планировать в атмосфере Марса от 20 минут до суток.
