Робота научили прыгать и плавать с помощью скрученных упругих стержней

Инженеры Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и Мичиганского университета разработали способ заставить небольшого робота совершать мощные прыжки при помощи слабых электромоторов. Вместо непосредственного приведения ног в движение моторы медленно скручивают изогнутые эластичные стержни, которые накапливают энергию, а затем резко меняют форму, высвобождая ее. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Исследователи сначала создали математическую модель, позволяющую предсказывать, при какой геометрии стержень будет плавно деформироваться, а при какой резко "перещелкнется" в другое состояние. Затем результаты проверили в многочисленных экспериментах с роботизированным манипулятором. Выяснилось, что эффект определяется прежде всего формой упругой конструкции, поэтому тот же принцип потенциально можно применять и в роботах размером всего несколько миллиметров.

Построенный на основе этого механизма робот имеет длину 11 сантиметров и весит 98,2 грамма. Он смог передвигаться прыжками по дереву, ткани, акрилу, коже, траве и песку, а также преодолевать ступени. Максимальная скорость на деревянной поверхности достигла 3,21 длины корпуса в секунду. В среднем на шести типах поверхности робот двигался более чем втрое быстрее аналогичной конструкции с жесткими ногами.

Механизм позволяет роботу также выполнять повторяющиеся сальто назад. После установки гибких плавников та же система обеспечила движение в воде со скоростью около половины длины корпуса в секунду. Исследователи продемонстрировали дистанционное управление роботом среди камней в песочнице и автономное изменение направления движения с использованием световых датчиков.

Авторы считают, что накопление энергии в механической конструкции позволяет создавать маленьких роботов, которым не нужны тяжелые мощные двигатели. Такие аппараты потенциально могут использоваться для передвижения по сложной местности и в средах, где масса и энергопотребление особенно критичны.