as

Робоулитки на гусеницах объединились в рой

Чтобы преодолевать препятствия и манипулировать предметами

Инженеры из Китая разработали похожих на улиток роботов, которые способны объединяться в рой. Каждая робоулитка оснащена гусеницами и может перемещаться по пересеченной местности, а при встрече с преградами, которые невозможно преодолеть поодиночке, объединяется с другими роботами в разнообразные структуры, например, в мост, или более крупного робота. Каждая робоулитка имеет постоянные магниты, встроенные в гусеницы, и вакуумную присоску, с помощью которых они могут передвигаться и закрепляться на раковинах друг друга. Помимо структур, помогающих преодолеть сложные препятствия, роботы могут собраться в манипулятор для взаимодействия с окружающими предметами. Статья опубликована в журнале Nature Communication.

Yandex PML — Практическое измерение

Объединение роботов в отряд из множества единиц, действующих как единое целое, зачастую позволяет выполнять задачи, с которыми бы роботы не справились поодиночке. К примеру, рой дронов может обследовать существенно большую территорию во время поисково-спасательной операции, чем один дрон. А флот подводных роботов может эффективно исследовать и картографировать большие подводные области, такие как коралловые рифы, или провести мониторинг состояния водной среды, собрав большой объем данных за короткое время.

На сегодняшний день наиболее изучены возможности практического применения воздушных и водных роев роботов. Они обладают высокой свободой перемещения в трехмерном пространстве и с легкостью преодолевают встречающиеся на пути препятствия. В отличие от них, большинство существующих наземных роевых роботов были созданы для работы на плоской поверхности в контролируемых лабораторных условиях. При этом для эффективной работы вне помещений составляющие рой роботы должны уметь действовать в неструктурированной среде, двигаться по различным типам поверхностей и преодолевать встречающиеся на пути препятствия поодиночке и вместе. В последнем случае роботам может помочь соединение в трехмерные структуры.

Прототип таких роботов создали инженеры под руководством Тиня Лунь Лама (Tin Lun Lam) из Китайского университета Гонконга в Шэньчжэне, вдохновившись особенностями строения раковинами улиток и их способностью прикрепляться к поверхностям. Разработанный инженерами робот-улитка состоит из двух основных частей: ферромагнитной сферической оболочки диаметров 120 миллиметров и двигательного механизма с двумя режимами действия — свободным перемещением и жестким креплением.

a. Изометрический вид. b. Вид снизу. c. Элементы робота в различных масштабах. d. Вид сбоку на гусеницу. e. Поперечное сечение гусениц. f. Основные элементы гусеницы.

a. Изометрический вид. b. Вид снизу. c. Элементы робота в различных масштабах. d. Вид сбоку на гусеницу. e. Поперечное сечение гусениц. f. Основные элементы гусеницы.
Da Zhao et al. / Nature Communications, 2024

Для перемещения в свободном режиме робоулитка использует две полимерные гусеницы с встроенными постоянными магнитами. Они позволяют роботу свободно ездить по металлической сферической оболочке раковины другой робоулитки. В этом режиме робот имеет три степени свободы, однако прочность соединения между роботами сравнительно невелика — как правило, магнитные гусеницы могут удержать только одного робота на поверхности другого.

В случае, если требуется соединение из нескольких роботов, робоулитка активирует второй режим. В нем используется выдвижная вакуумная присоска, расположенная в пространстве между гусеницами. В таком виде движение робота становится ограниченным: он может только поворачиваться вокруг вертикальной оси, используя для этого механизм с червячной передачей, расположенный на присоске, а также свои гусеницы. Эксперименты показали, что силы удержания отдельного робота хватает, чтобы сформировать горизонтальную консоль из трех роботов.

g. Механизмы внутри сферической оболочки. h. Механизм привода присоски. i. Пневматический контур.

g. Механизмы внутри сферической оболочки. h. Механизм привода присоски. i. Пневматический контур.
Da Zhao et al. / Nature Communications, 2024

В ходе испытаний инженеры продемонстрировали способность роя преодолевать препятствия, недоступные для одиночных роботов. Например, шесть робоулиток успешно преодолели каменную ступеньку высотой в полтора раза больше высоты одной робоулитки. Для этого первые три робота выстроились в ряд вдоль края выступа, обеспечивая поперечную устойчивость конструкции. Затем к ним присоединился четвертый робот — для продольной устойчивости конструкции. Пятый робот забрался на образовавшееся основание и прислонился к ступеньке. Наконец, шестой робот залез на основание, сформированное первыми пятью роботами, и заехал по ним на вершину ступени.

В ходе другого испытания рой роботов преодолел участок, вымощенный булыжником, который оказался слишком труднопроходим для одного робота. Для этого семь робоулиток собрались в одного крупного трехногого робота, которому удалось проехать по неровной поверхности. В третьем эксперименте восемь роботов-улиток смогли построить мост через канаву шириной около 30 сантиметров, по которому другие роботы переехали на противоположную сторону препятствия. Наконец, роботы способны собраться в конструкцию, напоминающую роборуку с клешней. Такой манипулятор, составленный из отдельных робоулиток, действующих коллективно, способен захватывать и перемещать предметы.

В дальнейшем разработчики планируют повысить надежность механизма соединения роботов между собой, особенно в отношении их устойчивости к воздействию внешних сил. Это позволит расширить количество типов роботов, в которые может собираться рой, особенно учитывая разнообразие возможных соединений. Кроме этого, планируется создать более совершенные алгоритмы управления роем, а также стратегии для автономного принятия решений.

Рой роботов может пригодиться и в исследованиях других планет. Так, NASA планирует использовать рой подводных роботов для изучения подледного океана на Европе, спутнике Юпитера. По проекту SWIM (Sensing With Independent Micro-Swimmers) предполагается, что несколько десятков небольших клиновидных микророботов длиной около 12 сантиметров, способных поддерживать связь с помощью ультразвука, будут доставлены с ледяной поверхности с помощью криобота, которы пробьется сквозь кору, расплавив лед. Оказавшись в воде, роботы займутся анализом ее свойств, таких как температура, соленость, уровень кислотности и давление. Но главной их задачей станет поиск биомаркеров.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Японцы сделали всенаправленный сферический дрон

Он летает в любых направлениях и катается по земле