Этот робот выглядит как блинчик и прыгает как личинка

Если бы блинчик мог мечтать, он мог бы мечтать о ножках, чтобы спрыгнуть с вашей тарелки для завтрака в поисках лучшей, непережеванной жизни.

Но, оказывается, ноги не нужны для того, чтобы что-то плоское, как оладья, могло прыгать. Группа ученых разработала робота в форме лепешки, который может прыгать несколько раз в секунду и выше, чем в семь раз выше своего тела высотой в полсантиметра. Они сообщают, что робот, который размером с теннисный мяч и весом примерно как скрепка, ловко совершает эти подвиги без всякого подобия ног. Результаты исследования были опубликованы во вторник в журнале Nature Communications.

Шугуан Ли, робототехник из Гарварда, не принимавший участия в исследовании, назвал нового робота "умной идеей" и "важным вкладом в область мягкой робототехники".

Многие наземные роботы, то есть те, которые живут на земле, а не в воздухе или воде, передвигаются с помощью качения или ходьбы. Но способность прыгать может помочь наземному роботу преодолевать новые пространства и ориентироваться на пересеченной местности; иногда роботу эффективнее перепрыгнуть через препятствие, чем обойти его, написал в электронном письме Руй Чен, исследователь из Университета Чунцин в Китае и автор статьи.

Хотя прыжки могут дать некоторым роботам конкурентное преимущество, разработка этой способности была сложной задачей для исследователей робототехники. Некоторые мягкие роботы, накапливающие энергию, могут совершить один впечатляющий прыжок очень редко. Некоторые легкие мягкие роботы, которые не накапливают энергию, могут прыгать очень часто, но не могут прыгнуть достаточно высоко или далеко, чтобы успешно преодолеть препятствие, например, бордюр.

Идеальный прыгающий робот должен быть способен часто прыгать высоко и далеко. Но "эти два стремления противоречат друг другу", - говорит доктор Чен. Для того чтобы прыгать выше или дальше, требуется больше энергии, а для того чтобы прыгать чаще, нужно накапливать и высвобождать эту энергию за более короткий период времени - непростая задача для крошечного робота.

Для вдохновения исследователи обратились к личинкам желчной мошки - личинкам, которые чудесным образом преодолевают расстояния, в 30 раз превышающие длину их бревенчатых тел, длина которых составляет одну десятую дюйма. "Большинству существ для прыжка нужны ноги", - сказал доктор Чен, добавив, что личинки "могут прыгать за счет изгиба своего тела". Личинка сжимает себя в кольцо, прикрепляя голову к задней части тела специальными липкими волосками, и выдавливает жидкость к одному концу своего тела, делая его жестким. Скопление жидкости создает давление, и при сбросе давления личинка взлетает вверх.

Дисковидное тело робота не похоже на тело личинки галловой мошки, но он прыгает как она. Его тело сделано из двух пластиковых мешочков с электродами; передний мешочек заполнен жидкостью, а задний - таким же объемом воздуха. Робот использует статическое электричество, чтобы заставить поток жидкости деформировать части его тела, что заставляет тело изгибаться и создавать силу при столкновении с землей, в результате чего происходит прыжок. А воздушный мешок имитирует функцию хвоста животного, помогая роботу сохранять устойчивое положение во время прыжка и приземления.

Такая конструкция позволяет роботу прыгать в 7,68 раз выше своего тела и иметь скорость непрерывного прыжка шесть длин тела в секунду - скорость, которую доктор Ли назвал "очень впечатляющей".

Таким образом, робот может прыгать быстро и непрерывно. Но сможет ли он преодолевать препятствия? Чтобы выяснить это, исследователи подвергли крошечного робота многочисленным испытаниям, которые, возможно, заслуживают такого же вдохновляющего киномонтажа, как тренировки Сильвестра Сталлоне в фильме "Рокки".

Робот должен был преодолеть различные гравийные насыпи, склоны и провода. Он должен был перепрыгнуть через круглую ступеньку высотой пять миллиметров и преодолеть пустое кольцо высотой восемь миллиметров - монументальные препятствия для робота ростом четыре миллиметра с телом, похожим на блин. Акробат-любитель прошел все эти испытания легко, если не сказать изящно.

По словам доктора Чена, робот также может самостоятельно менять направление движения со скоростью около 138 градусов в секунду - это самая высокая скорость поворота среди всех мягких прыгающих роботов. По словам Вэньци Ху, старшего научного сотрудника Института Макса Планка в Германии, который не принимал участия в исследовании, робот может управлять собой, постоянно поворачивая, как автомобиль.

Робот зависит от внешнего питания, которое подается по электрическим проводам. Исследователи хотели бы сделать робота беспроводным в будущих итерациях, но это будет непростой задачей, чтобы робот оставался миниатюрным и легким, сказал доктор Чен.

"Интересно, будет ли добавление встроенного источника питания проблемой для этого крошечного мягкого джампера", - сказал д-р Ли.

Исследователи предлагают встроить в крошечного робота датчики, чтобы он мог определять условия окружающей среды, например, загрязняющие вещества в зданиях. Доктор Ли предположил, что робот может в перспективе осматривать труднодоступные участки больших промышленных машин или, если его оснастить небольшой камерой, использоваться в поисково-спасательных операциях для поиска людей или животных, попавших в ловушку, поскольку он может перемещаться по небольшим пространствам в зонах бедствий. Кроме того, добавил он, робот миниатюрен и дешев. "Его создание, вероятно, обойдется всего в несколько долларов", - сказал д-р Ли.

Хотя в настоящее время робот работает только на Земле, доктор Ху считает, что он может быть дома, исследуя другую планету. По словам доктора Ху, "для выполнения такого рода задач требуется простая, но надежная конструкция миниатюрного робота", достаточно легкая, чтобы ее можно было переносить в новые миры, добавил доктор Ху, добавив, что материалы, необходимые для создания такого робота, должны сохраняться и функционировать во внеземных условиях.

Если это действительно так, то робот исследователей сможет перепрыгивать через пыльные камни и кратеры на Луне или Марсе, проходя там, где еще не проходил ни один блин.