Инженеры создали быстрого крохотного двуногого робота с одним мотором

Американские инженеры создали миниатюрного двуногого робота Zippy. Высота шагохода составляет всего 3,6 сантиметра, а масса 25 грамм, он имеет встроенные источник питания и приводится в движение единственным электромотором. Робот может ходить и менять направление движения, преодолевает небольшие препятствия и неровности на пути. Zippy обладает рекордной скоростью передвижения среди двуногих роботов своего размера — 25 сантиметров в секунду, что эквивалентно 10 длинам его ног в секунду. Препринт доступен на сайте arXiv.org.

Миниатюрные ходячие роботы могут пригодиться для инспекции технического состояния конструкций изнутри или в поисково-спасательных работах. Однако многие из уже существующих моделей такого типа имеют довольно сложную конструкцию со множеством актуаторов и сложной системой управления, поэтому инженеры продолжают искать более простые (и более надежные) схемы.

В 2023 году инженеры под руководством Аарона Джонсона (Aaron Johnson) и Сары Бергбрайтер (Sarah Bergbreiter) из Университета Карнеги — Меллона создали миниатюрного двуногого робота с очень простой конструкцией. Высота первого прототипа Mugatu составляла около 19 сантиметров. Ключевая особенность Mugatu — полусферические утяжеленные ступни, благодаря такой форме робот может ходить и поворачивать с единственным электромотором.

Теперь эта же группа инженеров уменьшила и немного доработала конструкцию, создав одноактуаторного робота Zippy. Его высота составляет всего 3,6 сантиметра (это немного меньше, чем LEGO-человечек). Как и его предшественник, Zippy состоит из двух частей, представляющих собой ноги с противовесами для балансировки и компенсации моментов во время ходьбы. Обе части соединены в тазобедренном суставе осью электродвигателя постоянного тока, который управляется микроконтроллером. Питание поступает от аккумулятора в правой ноге.

Форму ступней пришлось доработать, сделав их эллипсоидными, чтобы повысить устойчивость походки и снизить раскачивание шагохода во время ходьбы. Другое отличие от Mugatu — механический ограничитель в тазу. Он не дает ногам проворачиваться слишком далеко, устраняя необходимость в определении точного момента, когда необходимо замедлить и остановить ногу во время шага. Для управления походкой на электромотор подается простой прямоугольный электрический сигнал. Двигатель вращается сначала в одну сторону (до ограничителя), а потом — в другую. Частота и амплитуда управляющего сигнала регулируют скорость, а дополнительное смещение напряжения во время левого или правого шага увеличивает или уменьшает время переноса соответствующей ноги, что приводит к разной длине шага, и, в итоге, к повороту в нужную сторону.

В ходе экспериментов робот показал максимальную скорость 25 сантиметров в секунду, что соответствует 10 длинам его ноги в секунду, при частоте шага 8,3 герца и амплитуде сигнала 3,2 вольта. По словам авторов, это рекордный результат среди двуногих роботов подобного размера. Радиус поворота составляет менее пяти сантиметров, а высота преодолеваемых вертикальных препятствий — два миллиметра. От одного заряда батареи емкостью 100 миллиампер-час шагоход может проработать до 54 минут.

В дальнейшем, разработчики планируют добавить в систему управления обратную связь от IMU-сенсора в микроконтроллере, а также установить камеру для навигации и планирования маршрута. Кроме этого планируется испытать взаимодействие нескольких Zippy в составе роя.

Другая группа американских инженеров под руководством Роберта Вуда из Гарвардского университета разработала миниатюрного четвероногого робота, который может перепрыгивать препятствия, если их нельзя обойти. Для этого миниатюрный роботаракан массой менее трех грамм использует своей хвост — с его помощью он прыгает на расстояние, в 23 раза превышающее длину тела.