Science Robotics: Создано морфинг-колесо, преодолевающее любые препятствия

Разработана новая технология для создания колёс, которая позволяет адаптироваться к разным поверхностям в режиме реального времени. Это поможет мобильным системам преодолевать препятствия, например, лестницы или камни.

Ожидается, что эта технология будет широко использоваться в различных транспортных средствах с колёсами.

Корейский институт машиностроения и материалов разработал колесо с изменяемой жёсткостью. Технология вдохновлена поверхностным натяжением капли жидкости и уже успешно применена в мобильной системе.

Морфинг-колесо, созданное исследовательской группой под руководством Сун-Хюка Сонга и Донг-Иля Парка из Научно-исследовательского института искусственного интеллекта KIMM, может менять жёсткость без сложных механизмов или датчиков.

В обычном режиме движения колесо жёсткое и круглое, а при встрече с препятствием становится мягким и деформируется в зависимости от его высоты и формы.

Уже есть технологии, которые позволяют создавать гибкие структуры внутри колёс, как у непневматических шин. Но традиционные технологии имеют недостаток: колёса деформируются даже при движении по ровной поверхности, что снижает эффективность и устойчивость движения и создаёт шум.

Колёса, разработанные исследовательской группой KIMM, можно регулировать между жёстким состоянием для быстрого движения по ровной поверхности и мягким, деформируемым состоянием для преодоления препятствий.

Морфинг-колесо от KIMM состоит из интеллектуального цепного блока и гибкой структуры. Внешний край колеса — это интеллектуальный цепной блок, соединённый со ступицей колеса проволочной спицей. Когда ступица вращается или изменяется расстояние, натяжение спицы меняется, а вместе с ним — и поверхностное натяжение интеллектуального цепного блока.

Если проволочные спицы тянут блоки интеллектуальной цепи внутрь, внешняя структура интеллектуальной цепи становится более жёсткой. Это похоже на то, как увеличение поверхностного натяжения капли жидкости делает её более круглой и устойчивой.

Если же структура проволочных спиц ослабевает, жёсткость уменьшается. Исследовательской группе KIMM удалось разработать технологию модульной конструкции колеса с переменной жёсткостью. Эта технология может применяться в различных мобильных системах, например, в двухколёсной инвалидной коляске.

В этой системе жёсткость колеса может меняться в реальном времени, что позволяет креслу двигаться стабильно и менять направление даже в ограниченном пространстве. Коляска может преодолевать препятствия высотой до 18 сантиметров.

Исследователи из KIMM подтвердили, что колесо также преодолевает препятствия, которые в 1,3 раза превышают его радиус.

По словам главного исследователя Сун-Хюк Сонга из KIMM, эффективность движения шагающих роботов низка на плоских поверхностях, и в движении неизбежно возникает тряска. Разработанное морфинг-колесо способно преодолевать препятствия и сохранять высокую эффективность движения, сравнимую с обычными колёсами.

Донг Иль Парк из Центра перспективных исследований в области робототехники KIMM рассказал, что новая технология морфинга колеса, основанная на поверхностном натяжении, может помочь преодолеть ограничения обычных механических устройств. По его словам, она может использоваться в инвалидных креслах, мобильных роботах и персональных средствах передвижения.

Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.

03.09.2024