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.