Затем он продолжил движение
Американские и итальянские инженеры разработали ударопрочного робота Tribar с архитектурой тенсегрити. Робот состоит из трех жестких одинаковых стержней длинной 360 миллиметров, связанных друг с другом сетью эластичных нитей и тросов с регулируемой длиной. Двигается Tribar, смещая центр тяжести за счет изменения формы. В ходе экспериментов он двигался по пересеченной местности, прыгал со скал и затем продолжал движение. Статья опубликована в журнале Nature Machine Intelligence.
Конструкция роботов с архитектурой тенсегрити (от tensile и integrity) состоит из отдельных не соприкасающихся друг с другом жестких стержней, которые удерживаются вместе системой натянутых тросов. Такой робот получается проходимым, легким и устойчивой к ударам: при столкновении или падении нагрузка перераспределяется по всей конструкции за счет ее деформации. Поэтому тенсегрити-роботов давно рассматривают как перспективных планетоходов для исследования поверхности других планет или работы в зонах бедствий, куда их можно было бы сбрасывать с большой высоты без каких-либо дополнительных посадочных систем. В 2019 году компания Squishy Robotics испытала тенсегрити-конструкцию на прочность, сбросив ее с вертолета с высоты 183 метра. Устройство успешно пережило падение и продолжило передавать изображение со встроенной камеры. Однако способность самостоятельно передвигаться после такого сильного удара в том эксперименте не исследовалась.
Подобную задачу и поставили перед собой инженеры под руководством Ребекки Крамер-Боттильо (Rebecca Kramer-Bottiglio) из Йельского университета. Они собрали небольшого тенсегрити-робота под названием Tribar. Он состоит из трех жестких стержней длинной 360 миллиметров каждый. Внутри них находится электроника и аккумуляторы, а на концах установлены электромоторы с лебедками, на которые наматываются тросы-приводы из лески. Каждый из шести таких тросов идет от катушки лебедки одного стержня до наконечника другого. Натягивая или ослабляя их, можно изменять расстояния между концами стержней, форма робота при этом тоже меняется. Все стержни связаны друг с другом в единый каркас девятью эластичными связями из силиконового эластомера, которые работают как пружины, стремясь возвратить робота к исходной форме.
Чтобы правильно передвигаться, Tribar должен иметь информацию о своей текущей форме и ориентации в пространстве. Для этого используются растяжимые емкостные датчики, встроенные в эластичные связи. Сенсор состоит из двух тонких слоев пасты из жидкого металла, помещенных внутрь эластичной силиконовой полоски. При растяжении расстояние между проводящими слоями изменяется, из-за чего меняется электрическая емкость, по которой можно определить длину связи. Свою ориентацию относительно поверхности робот определяет по данным от акселерометров и магнитометров двух инерциально-измерительных модулей IMU.
Передвигается тенсегрити-робот за счет последовательного натяжения и ослабления тросов. Изменение формы смещает центр масс за пределы опоры и заставляет его перекатываться на следующую грань. В квазистатическом режиме робот выполняет перемещение в два этапа и делает паузы для восстановления формы и оценки окружения. Максимальную скорость в 11 сантиметров в секунду Tribar развивает в особом динамическом режиме перекатывания без промежуточных остановок. Повороты в движении робот делает за счет асимметричного сжатия боковых граней.
В испытаниях Tribar успешно перекатывался по траве, льду, песку и камням, поднимался по наклонной плоскости под углом 28 градусов. Кроме того, инженеры протестировали его способность переносить сильные удары при падении. Во время экспериментов Tribar падал с края двухметровой скалы и с моста высотой около шести метров. Каркас из эластичных тросов успешно поглотил энергию удара, а робот, оценив свою новую форму и текущую ориентацию в пространстве, продолжил движение. В еще одном испытании робот скатился с каменистого склона высотой около 12 метров. Однако в этом случае склон не был отвесным, поэтому этот эксперимент не позволяет считать 12 метров максимальной высотой свободного падения, которую способен выдержать Tribar.
Сейчас Tribar использует ограниченный набор заранее заданных базовых движений и при планировании маршрута просчитывает действия лишь на два таких базовых шага вперед. В будущем авторы рассчитывают повысить точность автономного движения, расширив набор движений, увеличив глубину планирования или применив более сложные алгоритмы управления, например, обучение с подкреплением.
Роботы с тенсегрити-архитектурой отлично выдерживают удары и падения, однако достаточно медлительны. Недавно американские инженеры представили робота Argus с 20 ногами, который, как и тенсегрити-роботы, может двигаться во всех направлениях, смещая свой центр тяжести, но при этом может развивать гораздо большую скорость.