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
Конец 30-летней легенды: Эверест может лишиться одного из главных символов
Эксперты предупреждают индийское правительство: экспедиция будет крайне опасной и вряд ли закончится успехом. Почему?...
Феномен Великой Зеленой стены: за счет чего 66 миллиардов деревьев, высаженных Китаем, растут быстрее естественных лесов?
И почему ученые решили, что природные леса все-таки лучше рукотворных?...
Тайна золотого вулкана: почему гора в Антарктике извергает драгоценный металл?
Ученые уже 30 лет пытаются разгадать этот природный детектив. Что удалось узнать исследователям...
Тайну четырех черных яиц с 6000-метров глубины океана раскрыли японские ученые
Дно морей изучено гораздо хуже, чем поверхность Марса и Луны. Неудивительно, что исследователи постоянно делают открытия...
Проклятье 30 июня: почему в этот день произошло столько крупных катастроф?
Официально виновата погода, но изучение деталей до сих пор вызывает множество вопросов...
Секрет охоты на мамонтов открыт: ученые только что разрушили один из главных мифов древней истории
То, что наука считала исторической реконструкцией, оказалось обычным эпизодом из голливудского фильма...
Ученые «разжаловали» индонезийских хоббитов из умников: огнем не владели, подъедались за варанами
Что же заставило археологов переписать целый пласт древней истории?...
Аномальный дождь из рыбы: 150 лет ученые не могут объяснить эту тайну природы
Это явление официально считается неразгаданным феноменом и проходит в категории чудес и головной боли для науки...
Космический детектив: почему уникальную планету GJ 3378b никак не признают «второй Землей»?
Сами ученые призывают не торопиться с выводами, ведь истории с инопланетным объектом существует множество интересных нюансов...
316 лет на троих: ученые назвали три секрета феноменального долголетия сестер Нунес
Специалисты говорят: важно получить «хорошие гены», но еще важнее ими правильно распорядиться...
Серная кислота в небе: чем грозит пассажирам новый экологический проект?
Эксперты говорят: от этих планов вряд ли откажутся. Но есть ли у нас время, чтобы подготовиться?...