Четвероногие роботы всё чаще появляются на складах, на промышленных объектах и в спасательных операциях. Но у них есть серьёзный недостаток: каждый шаг требует постоянной работы моторов, поэтому батарея садится заметно быстрее, чем у колёсных машин. Исследователи из Сеульского национального университета науки и технологий (SEOULTECH) предложили простое, но эффективное решение — пористые лапы, напечатанные на 3D-принтере.
Вместо привычной жёсткой резины или сложных пружин внутри ног команда использовала структуры TPMS (triply periodic minimal surface) — трёхмерные периодические решётки с минимальной поверхностью. Эти лёгкие пористые конструкции хорошо сочетают жёсткость, гибкость и способность поглощать удары.
Когда лапа касается земли, часть энергии удара обычно уходит в тепло и вибрацию. TPMS-лапа временно запасает часть этой энергии за счёт контролируемой деформации, а затем отдаёт её при отталкивании. В результате моторам приходится работать меньше.
Исследователи напечатали и испытали три варианта полусферических структур: primitive, gyroid и diamond. Лучшие результаты показала алмазная решётка с относительной плотностью 60% — она оптимально сочетает гибкость, амортизацию и минимальные потери энергии.
Роль искусственного интеллекта
Одной только пористой лапы оказалось недостаточно. Чтобы полностью использовать её упругие свойства, учёные подключили контроллер на основе глубокого обучения с подкреплением. Вместо жёстких заранее заданных траекторий ИИ учился чувствовать, как лапа сжимается и разжимается на каждом шаге, и подстраивал походку робота под этот цикл.
В результате моторы работали синхронно с высвобождением запасённой энергии, а ненужные корректирующие движения сокращались.
Что показали испытания
Систему проверили на коммерческом четвероногом роботе RBQ-10. На скоростях от 0,4 до 1,0 м/с (примерно 1,4–3,6 км/ч) пористые лапы снизили расход энергии батареи на 1,4–6,2% по сравнению с обычными сплошными стопами. При этом робот сохранял устойчивую походку.
В отличие от подходов, где пружины встраивают в ноги, здесь энергия запасается прямо в стопе. Это упрощает механику. А поскольку структуры TPMS печатаются обычными 3D-принтерами, технологию относительно легко перенести на другие платформы.
По мнению авторов, сочетание решётчатых материалов и обучаемого управления может сделать четвероногих роботов тише и автономнее. Это особенно важно для складской логистики, промышленного осмотра, сервисных роботов и поисково-спасательных систем, где каждая дополнительная минута работы от батареи имеет значение.
