Цельный робот ходит сразу после принтера, причём без электроники

Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего и специалисты компании BASF создали полностью готового шестиногого робота. Ему не нужна сборка, и он спрыгивает прямо из-под 3D-принтера на пол, чтобы бороздить, в том числе, глубокие лужи.

Машине достаточно давления газа, чтобы ходить, взбираться по склонам и даже передвигаться по воде. В отличие от обычных роботов, напичканных электроникой и проводами, новое детище робототехники обещает будущее, в котором сложные машины можно будет создавать одним лишь нажатием кнопки «печатать».

В основе инновации — пневматическая система колебательных клапанов, которая заменяет электронное управление. Так что изобретению нужен только постоянный источник сжатого воздуха (баллончик), чтобы он мог ходить сразу после печати.

Система клапанов управляет шестью ногами робота, распределяя воздух по разным каналам для создания плавных, скоординированных движений. Отличительная особенность конструкции —четыре фазы движения, идеально синхронизированные для эффективной ходьбы. Более ранние конструкции гибких роботов обеспечивали лишь фазы с нечётным количеством движений, что не способствовало размеренности шага и скорости.

Конструкция позволяет трём конечностям робота постоянно находиться на земле, образуя устойчивую треногу, в то время как остальные три поднимаются и движутся вперёд. Такое чередование придаёт роботу устойчивость даже на неровной поверхности. Например, в ходе испытаний он поднялся по каменистому склону под углом 18 градусов и даже форсировал лужу.



Процесс печати робота занял 58 часов на настольном 3D-принтере. Материалом послужил термопластичный полиуретан (TPU), то есть гибкий пластик, который позволяет создавать движущиеся части и герметичные соединения. После извлечения из принтера роботу перед запуском не требовалась дополнительная сборка или доводка.

Подключённый к картриджу с углекислым газом и регулятором давления робот развивал скорость 4 сантиметра в секунду, перемещаясь за эту единицу времени на 0,19 своей длины. Одного 16-граммового балллончика с углекислым газом хватало примерно на 80 секунд непрерывной работы, что позволяло роботу прошагать 85 сантиметров.

Изобретатели считают конструкцию перспективной там, где электронные компоненты были бы непрактичны или опасны. Например, шестиногое изделие может стать альтернативной под водой, в местах с высоким уровнем радиации, среди мощных магнитных полей или там, где что-то искрит. Кроме того, использование одного сплошного материала открывает возможности для создания полностью перерабатываемых или биоразлагаемых устройств.

Исследователи конструировали робота на основе так называемых «эйлеровых траекторий» — такой метод печати обеспечивает герметичность компонентов за счёт того, что сопло принтера непрерывно проходит по всему контуру на каждом слое, не отрываясь от поверхности. Метод идеально подошёл для создания системы управления движениями.

Изобретатели также доказали, что новинку можно успешно воссоздать силами другого инженера, в другом месте и на другой модели 3D-принтера. В результате такой перепроверки удалось получить столь же функционального робота. Итак, монолитное настольное производство автономных шагающих устройств возможно на широкодоступном оборудовании.

Чтобы концепт двигался, ему требуется внешний источник газа. Но его создатели считают, что в будущих версиях могут появиться встроенные нагнетатели воздуха. Они также планируют добавить иные функции, например, дополнительное управление и манипуляторы, чтобы расширить возможности устройства.