Конечно, внимание робототехники к миру животных несомненно. Внятное развитие бионики началось около полувека назад и с каждым годом прогресс тут всё более впечатляет. Принципы, по которым живёт природа, регулярно раскрывают свою универсальность и применимость для конструирования роботов.
Созданные миллионами лет эволюции мышцы, кости и их сочленения, нейронные сети, глаза, когти, хвосты, панцири, крылья и так далее – вдруг оказываются оптимальными вариантами решений для очередной технической задачи. Конечно, конструкторы не стремятся сделать своего робота неотличимым от его живого собрата. Однако даже ребёнок нередко сможет сказать – какой именно представитель фауны послужил инженерам источником вдохновения.
Изучая современные разработки робототехников, можно с удовлетворением отметить, что они стараются черпать идеи у всех групп, классов и видов живых существ: водоплавающих, хладнокровных, млекопитающих… И, конечно, у насекомых – именно они чаще всего становятся примером для подражания.
Как рыба в воде
Без сомнения, практически любого конструктора морская тема приводит к очевидной идее робота-рыбы. Множество разработчиков старались и стараются учесть и освоить все преимущества этой группы животных.
Одним из наиболее интересных практических опытов создания такого механизма можно считать проект Grace (Gliding Robot ACE), выполненный группой профессора Сиаобо Тана из Мичиганского государственного университета.
Впервые практические результаты по проекту Grace инженеры показали ещё в начале 2013 года. А в середине 2014 года при финансовой поддержке Национального научного фонда США и участии Геологической службы США их робот-рыба Grace стала главным инструментом для изучения водного мира Великих Озёр.
Gliding Robot ACE интересен тем, что для движения под водой использует хвостовой плавник и перемещающийся на рельсах внутри аккумулятор. Это позволяет изменять центр тяжести корпуса и добавляет роботу манёвренности. Закачивая и выкачивая воду из своего корпуса, аппарат может перемещаться, как бы планируя в воде. В качестве полезной нагрузки Grace укомплектован сенсором для регистрации в воде нефти и нефтепродуктов.
Секреты перемещения в воде конструкторы изучают и на примере ещё одного обитателя глубин – осьминога. Этим животным заинтересовались в греческой компании Foundation for Research and Technology. Проанализировав движения ног настоящих осьминогов, они сначала создали математическую виртуальную модель, а потом – работающий прототип.
В качестве рабочего инструмента робот-осминог интересен тем, что способен плавать в воде, передвигаться с помощью щупалец по мелководью и ими же транспортировать небольшие предметы. Аппарат Foundation for Research and Technology получился настолько удачным внешне, что при тестировании робота в Эгейском море рыбы, проплывающие мимо, принимали его за «местного» обитателя и не выказывали страха.
Рождённые ползать
Желая совместить умение плавать в воде и ходить по твёрдой поверхности, робототехники обращают свой взгляд на класс земноводных. Они же – амфибии.
Инженеров, так или иначе копирующих особенности организмов ящериц, черепах, змей и даже лягушек заметно больше, чем разработчиков роботов-рыб. Поэтому мы позволили себе ознакомить вас лишь с самыми интересными и необычными проектами.
Безусловно, самый знаменитый из них - Salamandra robotica. Робот-ящерица, умеющая ползать и плавать, разрабатывается лабораторией по созданию биороботов (Biorob) при Федеральной политехнической школе города Лозанна с 2007 года.
Конструкция Salamandra robotica интересна тем, что состоит из модулей. Каждый модуль содержит собственный микроконтроллер, батарею и двигательный блок.
В настоящее время робот существует в виде второй версии Salamandra robotica II. От изначального варианта она отличается вдвое большей скоростью передвижения и способностью пересекать местность с вязким грунтом (читай – грязью).
Взрывной характер таких безобидных существ, как лягушки открыли для себя инженеры Гарварда совместно с коллегами из Калифорнийского университета города Сан-Диего. Их робот умеет прыгать как настоящее квакающее земноводное, но - на высоту 75 сантиметров, в шесть раз выше собственного роста.
Такую энергию удаётся развивать с помощью подрыва небольших порций бутана. Чтобы совместить в конструкции робота жёсткий каркас для зашиты электроники и детонатора с мягкими стенками камеры сгорания разработчики создали особый метод 3D-печати
Преимущество своих форм активно использует робот-змея THESBOT. Аппарат создан японской компанией HiBot и отличается модульной конструкцией и использованием процессора с архитектурой ARM в качестве управляющего ядра.
Технически THESBOT может ползать по земле и плавать в жидкой среде. Такая универсальность и гибкость конструкции позволяет разработчикам говорить о роботе-змее как об идеальном инструменте для…
…инспекции различного рода трубопроводов. Проникая в узкие каналы диаметром от 80 миллиметров, THESBOT с помощью встроенных камер ведёт свой репортаж из систем газораспределения, водопроводов и нефтяных магистралей. Колёсный метод передвижения робота позволяет ему двигаться как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. А гибкость шасси способствует прохождению через повороты труб, зигзаги и крутые виражи.
На пике эволюции
Знакомые нам с детства млекопитающие теплокровные животные становятся объектами копирования робототехников в массовом порядке. В основном разработчики стараются сохранить узнаваемый образ или, хотя бы, его самые существенные особенности. Но иногда в инженерах просыпается исключительно трезвый расчёт и от природного аналога роботу достаётся лишь самая эффективная функция живого организма.
Именно так поступили сотрудники института робототехники Университета Карнеги-Меллон, которые создали прототип робота-крота.
Внешне машина ничем не напоминает своего зоологического собрата, однако, по поверхности бегает быстрее него, да и закапывается более умело. Робот использует прочное шасси из четырёх винтов, которые могут служить как колёсами для передвижения, так и бурами для погружения устройства под землю. Предполагается, что робота-крота можно будет использоваться для скрытой видеосъёмки и организации диверсий в тылу врага. При сбрасывании самолёта он будет прятаться от розыскных групп в почве или песке.
Ещё одного интересного универсального робота создают в уже упоминавшейся ранее лаборатория робототехники при Политехнической федеральной школе Лозанны (при поддержке Швейцарского центра разработок в сфере робототехники). Его название – DALER – расшифровывается как Deployable Air-Land Exploration Robot. В качестве образца для конструкции машины создатели взяли летучую мышь.
Переход робота из ползающего в летающий режим осуществляется благодаря изменяемой геометрии крыла. Скорость DALER составляет 20 метров в секунду в воздухе и 6 сантиметров в секунду – на земле.
…и усами шевелит!
Полёт фантазии эволюционных процессов в классе насекомых сделал их безусловными фаворитами для робототехников. Опробованные природой на насекомых технологии бесчисленны: складывающиеся крылья, миниатюрные размеры, уникальная манёвренность, синхронная работа огромным коллективом, ползанье по любым поверхностям и так далее. Всё это, безусловно, ждёт (и дожидается!) своих исследователей из числа наиболее талантливых инженеров.
Так, инженер Мэтт Дентон и его компания Micromagic Systems всерьёз уверены, что наиболее предпочтительным видом роботов-перевозчиков являются шестиногие паукообразные машины. Именно такой аппарат они разрабатывают с 2009 года.
Гигантский робот-паук в кабиной вместо тела носит имя Mantis. Аппарат имеет высоту 2,8 метра, массу 1900 килограмм и передвигается на шести «лапах» с помощью 18 гидравлических моторов и дизельного двигателя объёмом 2,2 литра. Для синхронизации работы лап и управления кабина пилота оснащена пультом с предустановленной фирменной утилитой HexEngine, написанной для среды Linux.
Очень интересную задачу поставили перед собой инженеры Калифорнийского университета и Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Каждая из команд несколько лет назад создала по роботу. В случае с Калифорнийским университетом это был робот-таракан VelociRoACH, который использует неподвижные «крылья» с эффектом стабилизатора, чтобы бегать по пересечённой местности с большой (для его габаритов) скоростью.
У швейцарцев же был массивный робот StarlETH, который может нести различное оборудование.
Сутью проекта двух команд стала организация взаимодействия VelociRoACH и StarlETH. Маленький и дешёвый VelociRoACH играет роль проводника, который бежит впереди дорогого и тяжёлого StarlETH, передавая последнему данные о качестве поверхности. Как считают инженеры объединённой команды, в случае опасности (например, выхода на болотистую местность, местность, охваченную огнём) более правильно будет потерять достаточно примитивного робота-разведчика, чем допустить уничтожения сложной машины. Кстати, в рамках совместного передвижения на одного робота StarlETH может приходиться несколько VelociRoACH, которые будут указывать ему наиболее безопасные маршруты.
Поделиться
