Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) представили микро-робота, который имитирует удивительные прыжковые способности ногохвосток — крошечных почвенных организмов, известных своей невероятной прыгучестью.
Новый микро-робот способен ходить и перепрыгивать препятствия, расширяя границы возможностей роботов малого масштаба. Разработка, вдохновленная ногохвостками, была описана в последнем выпуске журнала Science Robotics.
Ногохвостки, часто незаметные обитатели лесной подстилки и садовой почвы, обладают уникальным органом — фуркулой, раздвоенным хвостоподобным придатком, скрытым под их телом. Когда ногохвостке угрожает опасность, она высвобождает фуркулу, чтобы оттолкнуться от поверхности и прыгнуть в воздух, спасаясь от хищников.
Вдохновившись этим природным механизмом, команда Гарварда оснастила своего микро-робота HAMR (Harvard Ambulatory Micro-robot), изначально созданного по образцу таракана, роботизированной версией фуркулы. Это позволяет роботу совершать впечатляющие прыжки.
«Ногохвостки — интересный источник вдохновения благодаря их повсеместному распространению как в пространстве, так и во времени на эволюционной шкале», — отметил соавтор исследования, профессор Гарварда доктор Роберт Дж. Вуд. — «У них есть уникальный механизм, который включает быстрое соприкосновение с землей, как быстрый удар, для передачи импульса и начала прыжка».
Робот использует технику, известную как «защелкивающаяся пружинная активация». В этом процессе потенциальная энергия накапливается в упругом элементе — роботизированной фуркуле, — которая может высвобождаться за миллисекунды, действуя как катапульта. Этот принцип широко распространен в природе, например, в быстрых выбросах языка хамелеонов или мощных движениях конечностей раков-богомолов.
Команда использовала технологии микрофабрикации, разработанные в их лаборатории, чтобы создать робота размером с ладонь и весом примерно как скрепка. Этот робот может ходить, прыгать, карабкаться, ударять предметы и даже поднимать объекты. Особенно впечатляют его прыжки: он способен прыгать на расстояние до 1,37 метра, что в 23 раза превышает длину его тела. Для сравнения, аналогичный робот может прыгать вдвое дальше, но при этом он в 20 раз тяжелее.
«Меня очаровала простота этого решения, что и побудило меня исследовать этот подход», — поделился первый автор исследования, бывший научный сотрудник SEAS Франсиско Рамирес Серрано. — «Существующие микро-роботы, которые передвигаются по ровной поверхности и прыгают, не обладают такой ловкостью, как наша платформа».
Для обеспечения оптимального приземления после каждого прыжка команда использовала детальные компьютерные симуляции. Это позволило точно контролировать длину связей, количество накопленной энергии и ориентацию робота перед прыжком.
Сочетание способности ходить и прыгать в легком роботе открывает новые возможности для навигации в условиях, которые слишком сложны или опасны для людей.
«Ходьба обеспечивает точный и эффективный способ передвижения, но имеет ограничения при преодолении препятствий», — объяснил доктор Вуд. — «Прыжки позволяют преодолевать препятствия, но менее контролируемы. Комбинация этих двух режимов может быть эффективной для навигации в естественных и неструктурированных средах».
Разработка этого микро-робота, вдохновленного ногохвостками, — очередной пример того, как исследователи обращаются к природе за технологическими инновациями. Ранее на этой неделе японские ученые представили био-гибридный дрон, использующий живые антенны шелкопряда для навигации и обнаружения запахов.
Эти инновации прокладывают путь к будущему, где agile-роботы смогут самостоятельно перемещаться в узких пространствах, преодолевать сложный рельеф и мониторить окружающую среду без участия человека. Более того, с развитием искусственного интеллекта перспектива выполнения роботами задач, которые ранее считались невозможными или фантастическими, становится все более реальной.
