Для разминирования: напечатанные мини-роботы с податливыми шарнирами на многое способны

Маркус Немиц, специалист по машиностроению из Университета Тафтса, работал над воплощением своего замысла много лет. Он представлял себе группы роботов размером с ладонь, которые расползаются по территории после лесного пожара. Там они наносят на карту наиболее проблемные участки, ищут выживших, выявляют места, где может быстро распространяться возгорание. Другие варианты использования: разминирование после военных действий, поисково-спасательные операции после землетрясений или мониторинг в сельской местности для борьбы с вредителями и контроля за состоянием почв.

Идеи доцента кафедры машиностроения начали обретать физическую форму благодаря печати на 3D-принтерах небольших, выносливых роботов на шарнирах.

Инженер начинал с того, что разрабатывал алгоритмы, которые управляют большими группами роботов, позволяя им обмениваться информацией и подстраивать действия под меняющиеся условия ради совместных усилий. Но затем Немиц понял, что при этом в действительности ещё не существовало реальных роботизированных систем, которые могли бы продемонстрировать возможности нового программного обеспечения. И тогда ученый подумал, что попытается решить эту проблему.

Создание физических «роёв» (по аналоги с насекомыми) из сотен или тысяч роботов, как правило, считается слишком дорогостоящим для практического применения. Немиц вместе с выпускником вуза Джемом Айгюлем разработали подходящего по практичности робота. Устройство можно почти полностью сделать с помощью 3D-принтера всего за несколько часов. Такой подход и удешевляет производство до приемлемого уровня, и сокращает сроки изготовления. Выбранный способ теоретически позволит напечатать сотни роботов за день с помощью достаточного количества принтеров.

Ожидается, что механические рои особенно пригодятся в условиях, при которых часть устройств запросто придётся принести в жертву ради достижения той или иной цели.


— Немиц.

Изобретатель утверждает, что его роботов можно десантировать с вертолёта или проехать по ним колесом, но они всё равно поднимутся и продолжат выполнять задачу. Напечатанные на принтерах «малыши» на лапках ходят по камням, по песку, взбираются по крутым склонам. Выходцы из лаборатории Немица способны работать в самых разных условиях с высокой степенью выживаемости «роя» как такового.



Конечности робота состоят из полумягких звеньев и мягких суставов. В этом роботы подобны млекопитающим или рептилиям, у которых кости соединены более мягкими хрящевыми суставами для достаточной свободы движений. Благодаря использованию нескольких материалов с разной степенью мягкости робот становится более устойчивым к физическим воздействиям.

У роботов с гибкими суставами более плавные движения при передвижении по пересечённой местности за счёт адаптации к неровностям. (Вспоминается восточный афоризм о том, что гибкость и податливость — спутники жизни). Технология объёмной печати даёт возможность использовать несколько материалов одновременно, поэтому полумягкие и мягкие компоненты возникают сразу как единое целое. Электроника в изделия добавляется в процессе печати вручную, но и этот этап также можно автоматизировать.

Давая пояснения, Немиц напомнил, что в 2018 году подростковая футбольная команда с тренером заблудились в пещерной системе Тхамлуангнангнон в Таиланде. Из-за узких проходов, каменистых поверхностей и продолжающихся ливней для их спасения потребовалась международная спасательная операция, во время которой погиб один аквалангист. Если бы не оперативные меры, дети бы просто задохнулись в подтопленной карстовой пещере, истощив там постепенно кислород из воздушного пузыря до смертельного уровня. Так вот, как считает Немиц, можно под каждую такую спасательную операцию быстро напечатать роботов с определёнными функциями, например, чтобы доставлять сообщения и припасы.

Маркус Немиц и его лаборатория параллельно с продумыванием «роя» трудились над конкретными приложениями для обезвреживания наземных мин и мониторинга окружающей среды, в том числе помогали отслеживать состояние ледников.