Роботов научили скакать по примеру жуков-щелкунов
Исследователи сделали значительный шаг вперед в разработке прыгающих роботов размером с насекомое, способных выполнять задачи в небольших помещениях. Такие задачи часто возникают при работе с механизмами, в сельскохозяйственных и поисково-спасательных условиях.
Результат опытов под руководством профессора механических наук и инженерии Самеха Тауфика — серия роботов размером с жука-щелкуна, то есть достаточно маленьких, чтобы поместиться в ограниченном пространстве, достаточно мощных, чтобы преодолевать препятствия, и достаточно быстрых, чтобы соответствовать насекомому, взятому за пример.
Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences («Труды Национальной академии наук»). Статья называется «Прыгающие роботы размером с насекомое, управляемые каскадом динамического изгиба».
Исследователи из Калифорнийского и Принстонского университетов изучали анатомию, механику и эволюцию жуков-щелкунов в течение последнего десятилетия. Интересовало, как же эти взрослые особи, чьи личинки-проволочники досаждают огородникам, умудряются перевернуться на лапки из положения брюшком кверху. Исследование, проведённое в 2021 году, показало, что мгновенное изгибание и быстрое высвобождение энергии упругости — это работа скрученной мышцы в грудной клетке жука-щелкуна. И это помогает им подниматься в воздух на высоту, во много раз превосходящую длину их тела.
— Самех Тауфик, профессор механических наук и инженерии.
Профессор Тауфик и его команда использовали крошечные спиральные приводы, аналогичные мышцам животных, которые натягивают механизм в форме луча, заставляя его медленно сгибаться и накапливать энергию упругости, пока она не высвободится и не усилится, поднимая роботов вверх.
Учёный пояснил, что этот процесс, называемый каскадом динамического изгиба, прост по сравнению с анатомией жука-щелкуна. Однако в этом случае простота хороша, потому что позволяет изготавливать детали столь малых размеров. Руководствуясь биологической эволюцией и математическими моделями, исследователи создали и протестировали четыре варианта устройства, выбрав две конфигурации, которые могут успешно прыгать без вмешательства человека.
Профессор Тауфик добавил, что у них нет определённого решения насчёт дизайна следующего поколения этих роботов. Успех исследования в том, что закладывает зерно в развитие этой технологии — в процесс, аналогичный биологической эволюции. Коллектив авторов полагает, что в будущем их роботы помочь выполнять техобслуживание, например, турбин и реактивных двигателей, фотографируя механизмы внутри для выявления проблем.
Также роботы размером с жука могут быть полезны в современном сельском хозяйстве. Учёные и фермеры в настоящее время используют для мониторинга посевов летающие и ездящие беспилотники. Но иногда исследователям нужно использовать датчик, чтобы прикоснуться к растению или сфотографировать очень мелкомасштабный объект — роботы размером с насекомое могли бы это делать.
Результат опытов под руководством профессора механических наук и инженерии Самеха Тауфика — серия роботов размером с жука-щелкуна, то есть достаточно маленьких, чтобы поместиться в ограниченном пространстве, достаточно мощных, чтобы преодолевать препятствия, и достаточно быстрых, чтобы соответствовать насекомому, взятому за пример.
Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences («Труды Национальной академии наук»). Статья называется «Прыгающие роботы размером с насекомое, управляемые каскадом динамического изгиба».
Исследователи из Калифорнийского и Принстонского университетов изучали анатомию, механику и эволюцию жуков-щелкунов в течение последнего десятилетия. Интересовало, как же эти взрослые особи, чьи личинки-проволочники досаждают огородникам, умудряются перевернуться на лапки из положения брюшком кверху. Исследование, проведённое в 2021 году, показало, что мгновенное изгибание и быстрое высвобождение энергии упругости — это работа скрученной мышцы в грудной клетке жука-щелкуна. И это помогает им подниматься в воздух на высоту, во много раз превосходящую длину их тела.
Одна из главных задач мелкомасштабной робототехники — найти конструкцию, которая была бы небольшой, но достаточно мощной, чтобы обходить препятствия или быстро избегать опасных ситуаций
— Самех Тауфик, профессор механических наук и инженерии.
Профессор Тауфик и его команда использовали крошечные спиральные приводы, аналогичные мышцам животных, которые натягивают механизм в форме луча, заставляя его медленно сгибаться и накапливать энергию упругости, пока она не высвободится и не усилится, поднимая роботов вверх.
Учёный пояснил, что этот процесс, называемый каскадом динамического изгиба, прост по сравнению с анатомией жука-щелкуна. Однако в этом случае простота хороша, потому что позволяет изготавливать детали столь малых размеров. Руководствуясь биологической эволюцией и математическими моделями, исследователи создали и протестировали четыре варианта устройства, выбрав две конфигурации, которые могут успешно прыгать без вмешательства человека.
Профессор Тауфик добавил, что у них нет определённого решения насчёт дизайна следующего поколения этих роботов. Успех исследования в том, что закладывает зерно в развитие этой технологии — в процесс, аналогичный биологической эволюции. Коллектив авторов полагает, что в будущем их роботы помочь выполнять техобслуживание, например, турбин и реактивных двигателей, фотографируя механизмы внутри для выявления проблем.
Также роботы размером с жука могут быть полезны в современном сельском хозяйстве. Учёные и фермеры в настоящее время используют для мониторинга посевов летающие и ездящие беспилотники. Но иногда исследователям нужно использовать датчик, чтобы прикоснуться к растению или сфотографировать очень мелкомасштабный объект — роботы размером с насекомое могли бы это делать.
- Дмитрий Ладыгин
- techxplore.com; youtu.be/pICgdgbIBFs
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Очередной миф Николая Карамзина полностью развеян российскими археологами
Оказалось, что Иван Грозный не убивал супругу своего младшего брата. Напротив, с княгиней Ульянией Углицкой случалась куда более таинственная и запутанная...
Раскрыта главная тайна антарктического льда: ученые узнали, как и кем была взломана природная защита Шестого континента
Похоже, той Антарктиде, которую мы знаем, приходит конец. Впрочем, это не точно...
Тайна гибели сибирского «Титаника»: почему некоторые детали катастрофы 1921 года неизвестны даже сейчас?
Поразительно, но тогда судьи единогласно оправдали капитана парохода. Так кто же тогда был виновником этого страшного происшествия?...
Древнеримский артефакт переписывает историю Америки: Колумб был не первым?
Почему находка из индейской могилы почти 100 лет вызывает ожесточенные споры среди археологов и историков?...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены. Часть 2. Расплата
Как наука отменила срок давности у преступления? И какая тайна осталась не раскрытой?...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены
Как новейшие технологии помогли сдвинуть с места нераскрываемое дело...
Главный секрет человеческого дыхания: ученые рассказали, почему мы дышим «вахтовым методом»
Эксперты предупреждают: из-за особенности организма многие люди не смогут попасть в космос. Но решение все-таки есть...
43 000 черепков открыли тысячелетние тайны Древнего Египта
Почему глиняная библиотека Атрибиса потрясла весь археологический мир?...
Жители Анд переписали свою ДНК: почему горные индейцы пьют ядовитую воду, но чувствуют себя при этом хорошо?
По словам ученых, эволюция сделала красивый и хитрый ход. И это не иммунитет к токсинам, а нечто другое, более интересное...
Еще раз об убийстве Андрея Боголюбского: что рассказали кости погибшего князя?
Профессор судебной медицины поправил историков и выявил неточности древних летописей...