Мягкий автономный робот ползет, как дождевой червь

Дождевые черви движутся по поверхности, сжимая и растягивая мышцы вдоль своего тела, продвигаясь вперед с каждой волной сокращений. Улитки и морские огурцы также используют этот механизм — перистальтику — для передвижения, а наш собственный пищеварительный тракт действует похожим образом, сжимая мускулы вдоль пищевода, чтобы перевести пищу в желудок.

Сегодня исследователи из МТИ, Гарвардского университета и Национального университета г. Сеул разработали гибкого автономного робота, движущегося благодаря перистальтике, ползет по поверхности двигая частями своего тела почти как настоящий червь. Робот, созданный полностью из гибких материалов, чрезвычайно выносливый: даже если наступить на него или ударить по нему молотком, он все равно может ползти дальше, невредимый.

Сангбе Ким, ассоциированный профессор Механического инжиниринга с МТИ говорит, что подобный гибкий робот может быть полезным для передвижения по пересеченной местности или для проскальзывания в узкие щели.

Работа назвали «Meshworm» («сетчатый червь») за гибкую сетевидным трубку, которая является его телом. Исследователи создали «искусственные мышцы» из проволоки, состоящий из никеля и титана — сплава с памятью формы, растягивается и сжимается под действием тепла. Они скрутили провод вокруг цилиндра, создав сегменты по его длине, очень напоминают сегменты дождевого червя. Затем к сегментам присоединили слабый электрический ток, который сжимал сетчатую трубку и проталкивал робота вперед.

В течение последних десятилетий робототехника ищет способы создания гибких систем для роботов. Не имея громоздких и хрупких жестких деталей, гибкие роботы смогут исследовать труднодоступные места и передвигаться по территории, полной выбоин. Гибкий экстерьер также делает их безопасным для взаимодействия с человеком.

Значительной проблемой в гибкой робототехнике является разработать гибкие приводы, или моторы, двигать таких роботов. Одним из вариантов решения является использование сжатого воздуха, которое бы осторожно наполняло работа и заставляло его двигаться. Однако Ким говорит, что подобные пневматические роботы требуют больших насосов. «Встроить воздушные микрокомпрессоры в небольших автономных роботов — непростая задача», — говорит Ким.

Искусственные мышцы из необычного материала

Зато, Ким и его коллеги обратились к дождевым червям как к руководству разработок. Они отметили, что это создание создано из двух главных мышечных групп: круговых мышечных волокон, сжимаются по трубообразному телу червя, и продольных мышечных волокон, проходящих по всей его длине. Обе группы мышц слаженно работают, проталкивая червя вперед.

Команда принялась разрабатывать похожую гибкую систему, которая двигалась бы по принципам перистальтики. Сначала исследователи создали длинное трубчатое тело, скрутив и склеив лист полимерной сетки. Сетка, созданная переплетением полимерных волокон, позволяет трубке растягиваться и сжиматься, по принципу пружины.

Затем они искали способ создать искусственные мышцы, и в конце концов остановились на сплаве титана и никеля. «Это удивительный материал, — говорит Ким. — В зависимости от процентной составляющей [никель-титана], его поведение может разительно меняться».

Исследователи создали плотно свернутый никель-титановый провод и скрутили его вокруг сетчатой трубки, имитируя круговые мышечные волокна земляного червя. Затем они приладили небольшую батарейку и монтажную плату до трубки, создавая ток, чтобы нагреть провод в определенных сегментах по всей длине тела: когда сегмент достигает определенной температуры, то сжимает трубку и проталкивает работа вперед. Ким и коллеги разработали алгоритм, позволяющий четко контролировать количество тепла, которое предоставляется проволоки, заставляя червя двигаться различными способами.

Также группа дала работу провода, проходящие вдоль его тела, как продольные мышечные волокна дождевого червя. Когда нагревать, один из них, то сожмется только один, заворачивая тело червя в правый или левый бок.

Как наиболее серьезный тест в гибкой робототехнике, группа подвергла робота серии ударов молотком и даже наступала на него, чтобы проверить его устойчивость. Несмотря на ужасное обращение с ним, робот выжил и отполз в сторону невредимым.
«Вы можете бросать его и он не разобьется, — говорит Ким. — Большинство механических деталей твердые и хрупкие, когда имеют очень малый размер, все части нашего тела сплошь из волокон и гибкие: мышцы, тело … мы открываем новую страницу возможностей в создании тела ».

29.04.2015

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники

Добавить комментарий