Инженеры изобрели мягкого безногого робота, способного прыгать на высоту до 3 метров

Инженеры из Технологического института Джорджии (США) спроектировали и собрали мягкого робота длиной около 13 см, который способен совершать прыжки на высоту до 3 метров. Ключевой особенностью конструкции является отсутствие ног; движение осуществляется за счет механизма, воспроизводящего способ передвижения почвенных червей — нематод.

Робот представляет собой стержень из силикона, армированный внутренним каркасом из углеродного волокна. Принцип его действия был разработан после анализа высокоскоростных видеозаписей движений нематод, которые специфическим образом изгибают свое тело для совершения прыжков.

Исследование, описывающее мягкого робота и принципы его движения, опубликовано в журнале Science Robotics. Авторы предполагают, что полученные результаты могут способствовать разработке роботов, способных передвигаться прыжками по различным типам поверхностей и преодолевать препятствия разной высоты.

Механизм прыжка нематод

Нематоды (круглые черви) — широко распространенные микроскопические организмы. Несмотря на отсутствие конечностей, некоторые виды способны прыгать на расстояние, до 20 раз превышающее длину их тела.

Исследователи (включая ученых из Технологического института Джорджии и Калифорнийского университета) с помощью высокоскоростной съемки установили, что для прыжка нематода формирует резкий изгиб («перегиб») в определенной части своего тела. Этот изгиб позволяет накопить упругую энергию деформации. Затем энергия быстро высвобождается (за доли миллисекунды), что приводит к резкому распрямлению тела и совершению прыжка.

Было отмечено, что нематоды могут контролировать направление прыжка (вперед или назад), изменяя положение изгиба и, соответственно, центр масс своего тела перед прыжком.

От природного механизма к роботу

Ученые обратили внимание на то, что формирование резких изгибов, которое во многих инженерных и биологических системах является нежелательным (например, перегиб жидкостного сосуда или шланга нарушает его функцию), нематоды эффективно используют для накопления энергии.

На основе наблюдений и компьютерного моделирования команда инженеров разработала прототипы мягких роботов, имитирующих данный механизм. Укрепление конструкции углеродным волокном позволило увеличить скорость высвобождения энергии и, как следствие, высоту и скорость прыжка робота.

Потенциальное применение

Исследователи считают, что принцип использования контролируемых резких изгибов для накопления и высвобождения энергии может быть применен при создании новых типов движителей для роботов. Такие роботы могут быть востребованы для перемещения по сложному и неровному рельефу, например, в рамках поисково-спасательных миссий или при исследовании других планет, где требуется преодоление препятствий прыжком.

В заключение важно отметить, что данная научная работа является ярким примером биомимикрии — разработки технических устройств на основе изучения принципов, реализованных в живой природе.

Источник: science.org