Мягкий робот способный расти и перемещаться по труднодоступным местам

Представьте, что спасатели ищут людей в обломках рухнувшего здания. Вместо того, чтобы им копаться в обломках руками или использовать собак, нюхающих признаки жизни, они применяют маленького, мягкого робота. Данное устройство размещают у входа в завалы и переворачивают переключатель. С одного конца цилиндра усик проникает в массу камней и грязи, как быстро растущая лоза. Камера на кончике усика дает спасателям возможность увидеть недостижимые места под обломками.

Это всего лишь одно возможное применение робота нового типа, созданного инженерами-механиками в Стэнфордском университете, подробно описанном в статье 19 Science Robotics. Вдохновленные природными организмами, которые покрывают расстояние, например, виноградные лозы, исследователи сделали доказательство концепции своего мягкого растущего робота и провели его через некоторые сложные тесты.

«По сути, мы пытаемся понять основы этого нового подхода к мобильности или движению из механизма», — объяснил профессор машиностроения и старший автор статьи Эллисон Окамура. «Это очень, очень отличается от того, как животные или люди обходят мир».

Чтобы исследовать, что может сделать их робот, группа создала прототипы, которые перемещаются по различным препятствиям, перемещаются к намеченной цели и превращаются в самостоятельную структуру. Исследователи сказали, что этот робот может служить широкому спектру целей, особенно в сферах поисково-спасательных и медицинских устройств.

Растущий мягкий робот

Основная идея этого робота проста. Это трубка из мягкого материала, сложенная внутри себя, который растет в одном направлении. В прототипах материал был тонким, дешевым пластиком, а тело робота выбрасывалось, когда ученые закачивали сжатый воздух в неподвижный конец.

Что делает эту конструкцию робота чрезвычайно полезной, так это то, что дизайн приводит к перемещению наконечника без движения тела.

«Тело удлиняется по мере того, как материал простирается от конца, но остальная часть тела не двигается», — объяснил Эллиот Хокс, приглашенный доцент из Калифорнийского университета, Санта-Барбара и ведущий автор статьи. «Тело может прилипать к окружающей среде или забиваться между камнями, но это не останавливает робота, потому что наконечник может продолжать развиваться по мере добавления нового материала».

Группа проверила преимущества этого метода для перемещения робота из одного места в другое несколькими способами. Он рос через препятствие, где он путешествовал по бумаге, клейкому клею и гвоздям и вверх по ледяной стене, чтобы доставить датчика, который потенциально мог бы отражать углекислый газ, создаваемый пойманными в ловушку выжившими. Он успешно завершил этот курс, хотя он был проколот ногтями, потому что область, которая была проколота, не продолжала двигаться и, как результат, была запечатана, оставаясь на вершине гвоздя.

В других демонстрациях робот вырос под дверным зазором, который составлял 10 процентов от его диаметра и вращался сам по себе, чтобы сформировать свободно стоящую структуру, которая затем отправила радиосигнал. Робот также маневрировал через пространство над отвесным потолком, которое показывало, как он мог перемещаться по неизвестным препятствиям, как это может понадобиться роботу, например, в стенах, под дорогами или внутри труб. Кроме того, он вытаскивал кабель через его тело, одновременно поднимаясь над выпущенным потолком, предлагая новый метод прокладки проводов в труднодоступных местах.

Перемещение робота в труднодоступных средах

«Приложения, на которых мы фокусируемся, — это те, где робот перемещается по сложной среде, где функции непредсказуемы, и есть неизвестные пространства», — сказала Лаура Блюменшайн, аспирантка лаборатории Okamura и соавтор статьи. «Если вы можете поместить робота в эти среды, и он не будет остановлен препятствиями, пока движется, вам не нужно беспокоиться о том, что он будет поврежден или застрянет где-нибудь по дороге».

Некоторые итерации этих роботов включали систему управления, которая раздувала тело, что заставляло робота поворачивать направо или налево. Исследователи разработали программную систему, на основе которой принимались решения относительно изображений, поступающих с камеры на кончике робота.

Основным преимуществом мягких роботов является то, что они могут быть более безопасными, чем жесткие. Это особенно полезно в ситуациях, когда робот может перемещаться в непосредственной близости с человеком. Другим преимуществом, в случае с этим роботом, является то, что он является гибким и может следовать сложным путям.

Джои Грир, аспирант лаборатории Okamura и соавтор статьи, сказал, что для управления роботом требуется точная модель его движения, которую трудно установить для мягкого робота. Жесткие роботы, для сравнения, намного легче моделировать и контролировать, но они непригодны для использования во многих ситуациях, когда необходима гибкость или безопасность. «Кроме того, использование камеры для управления роботом является сложной проблемой, поскольку изображения с камеры необходимо обрабатывать со скоростью, которую она производит», — сказал Грир

Исследователи также надеются масштабировать робота намного больше и гораздо меньше, чтобы увидеть, как он работает. Они уже создали версию 1,8 мм и считают, что маленькие растущие роботы могут продвигать медицинские процедуры. Вместо трубки, которая проталкивается через тело, этот тип мягкого робота будет расти без перетаскивания вдоль тонких структур.

Это исследование финансировалось Национальным научным фондом.

Оригинал New type of soft, growing robot created

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить