Мягкая сила. Новые мягкие роботы станут более подвижными и управляемыми

Одним из достоинств мягких автономных роботов является их способность механически приспосабливаться к окружающей обстановке и задачам. Теперь они могут стать еще более проворными и управляемыми.

Группа исследователей под руководством Кирстин Петерсен, доцента кафедры электротехники и вычислительной техники Корнельского университета, разработала новую и на удивление простую систему приводов, работающих на жидкости, которая позволяет мягким роботам выполнять более сложные движения. Исследователи добились этого, воспользовавшись преимуществами вязкости, которая ранее препятствовала движению мягких роботов, управляемых жидкостью.

Работа опубликована в журнале Advanced Intelligent Systems.

Лаборатория Петерсен изучает способы использования когнитивных возможностей и поведения робота и перекладывания их с «мозга» на тело через механические рефлексы. Снижая необходимость в вычислениях, робот может стать проще, надежнее и дешевле в производстве.

Мягкие роботы имеют очень простую структуру, но могут обладать гораздо более гибкой функциональностью, чем их жесткие собратья. Это своего рода конечный воплощенный интеллектуальный робот, — говорит Петерсен.

Большинство мягких роботов в наши дни работают на жидкостном приводе. В прошлом многие люди искали способы получения дополнительных преимуществ за счет интеграции функциональности в материал робота, например, в эластомер. А мы вместо этого задались вопросом, как сделать больше при меньших затратах, используя характер взаимодействия жидкости с этим материалом.

Команда Петерсена соединила серию эластомерных сильфонов тонкими трубками. Такая конфигурация позволяет осуществлять антагонистические движения — одно тянет, другое толкает. Крошечные трубки создают вязкость, что приводит к неравномерному распределению давления, изгибая привод в разные формы и модели движения. В обычных условиях это было бы проблемой, но команда нашла хитрый способ использовать эту проблему.

Исследователи разработали полноценную описательную модель, которая может предсказать возможные движения привода — и все это с помощью единственного ввода жидкости. В результате получился привод, который может выполнять гораздо более сложные движения, но без многочисленных входящих потоков и сложного управления с обратной связью, которые требовались в предыдущих моделях.

Для демонстрации технологии команда создала шестиногого мягкого робота с двумя шприцевыми насосами на вершине, который ходит со скоростью 0,05 длины тела в секунду, а также приседает. Но это только начало возможных вариантов.

Мы подробно описали полный набор методов, с помощью которых можно спроектировать эти приводы для будущих применений», — сказала Петерсен.

Например, когда приводы используются в качестве ног, мы показали, что просто перекрещивая один набор трубок, можно перейти от страусоподобной походки, которая имеет очень широкую стопу, к слоновьей рыси.

Новый привод, работающий на жидкости, можно использовать для различных типов устройств, таких как роботизированные руки, и Петерсен заинтересована в изучении того, как размещение сильфонов в трехмерных конфигурациях приведет к созданию еще более полезных моделей движения.

По сути, это совершенно новая область мягкой робототехники, — заключила она.

Исследовать это направление будет очень интересно.

23.01.2023