Прыгающие роботы берут уроки физики у кузнечиков

Надо отдать кузнечикам должное - прыжки через дворы и между ветками требуют гораздо больше опыта, чем может показаться. Необходимо учитывать множество мельчайших факторов, таких как сопротивление материала стартовой площадки (упругие ли травинки? хрупкие ли веточки растений?), а также желаемое расстояние, скорость и приземление.

Большинство прыгающих роботов не могут конкурировать с насекомыми, поскольку их прыжки ограничены стартом с очень жестких поверхностей. Но новый прыгающий бот, разработанный исследователями из Инженерного колледжа Карнеги-Меллона, преодолевает эти препятствия и демонстрирует огромные перспективы того, как автономные устройства могут работать в будущем.

Группа ученых под руководством профессора машиностроения Сары Бергбрайтер недавно оптимизировала механизмы защелок робота, используемые для его движения вверх. Ранее эти защелки рассматривались в основном как простые переключатели "вкл/выкл", позволяющие высвобождать накопленную энергию. Однако Бергбрайтер и ее команда использовали математическое моделирование, чтобы показать, что эти защелки способны управлять выходом энергии, а также контролировать передачу энергии между прыгуном и стартовой поверхностью.

Чтобы проверить свою работу, команда разместила маленького прыгающего робота на ветке дерева и записала точную передачу энергии в первые мгновения его прыжка. Наблюдая за тем, как ветка отпрянула перед прыжком робота, можно было сказать, что устройство восстановило хотя бы часть энергии, переданной ветке перед самым взлетом.

"Мы обнаружили, что защелка может не только опосредовать выход энергии, но и передавать энергию между прыгуном и средой, из которой он прыгает", - говорит Бергбрайтер.

Исследователи также заметили "нетрадиционное" восстановление энергии в других случаях, где использовалась другая разновидность защелки. В этих ситуациях ветка фактически обеспечивала небольшой толчок для бота после того, как он спрыгивал с ее поверхности, таким образом возвращая часть импульса, чтобы поднять его выше.

Теперь, когда исследователи лучше понимают взаимодействия, происходящие в первые моменты прыжка, они могут начать работу над тем, как интегрировать это в будущие роботизированные конструкции. Аналогичным образом, биологи могут лучше понять, как насекомые маневрируют на изменчивых поверхностях, таких как трава или песок.

"Было практически невозможно разработать управляемых роботов размером с насекомое, потому что они запускаются всего за миллисекунды", - объяснил Бергбрайтер. "Теперь у нас есть больше возможностей контролировать, подпрыгивают ли наши роботы на один фут или на три... Это действительно интересно, что защелка - то, что нам уже нужно в наших роботах - может использоваться для управления выходами, которые мы не могли контролировать раньше".