Хамелеоны, саламандры и многие виды лягушек используют накопленную энергию упругой деформации для стрельбы липкими языками в насекомых. Жертва может находиться на расстоянии, в полтора раза превышающем длину тела охотника, но увернуться ей довольно сложно, ведь выстрел языком происходит за десятую долю секунды. Ученые придумали, как использовать этот принцип в робототехнике.
Инженеры Университета Пердью (Purdue University) разработали новый класс мягких роботов которые имитируют подобные высокоскоростные движения с использованием энергии упругой деформации. Роботы изготавливаются из растяжимых полимеров. Они включают в себя гибкие полимерные полосы с внутренними пневматическими каналами, которые расширяются при накачивании в них воздуха.
Когда давление внутри повышается, тело робота распрямляется и накапливает энергию. Когда давление внутри пневмоканалов резко сбрасывается, энергия высвобождается, а робот приобретает свою изначальную форму. Аналогичным образом работает язык живого хамелеона. Он всё время находится в напряжении и, подобно пружине, высвобождает энергию лишь в момент атаки. Благодаря этому рептилия способна удлинить язык в пять раз, поймать им живого жука и затащить его к себе в рот за 120 миллисекунд.
“Мы подумали, что если бы мы смогли создать роботов, способных выполнять движения с большой амплитудой на высокой скорости, многие автоматизированные задачи могли бы выполняться более точно и быстро. Обычные роботы строятся с использованием жестких и тяжелых компонентов, замедляющих движение из-за инерции. Мы же хотим преодолеть это ограничение”, - говорит Рамзес Мартинес, ассистент профессора в Университете Пердью.
Информация о разработке опубликована в свежем выпуске Advanced Functional Materials. Также ученые предоставили видео, на котором запечатлен искусственный роботизированный язык хамелеона, ловящий насекомых:
Энергию упругой деформации используют не только хамелеоны. Она же используется некоторыми птицами. Например, лапы дятла напоминают прищепки с когтями. Они находятся в естественном сжатом состоянии. Птица прилагает мышечное усилие не для того, чтобы ухватиться за кору дерева, а для того, чтобы отпустить ее. Благодаря этому дятел экономит много сил и даже может спать, расслабленно удерживаясь на вертикальном стволе.
Анатомия этих птиц послужила примером для создания роботизированных захватов. Мягкие искусственные лапы способны удерживать вес, в 100 раз превышающий их собственный. Также, в отличие от жестких металлических манипуляторов, они лучше прилегают к захватываемому объекту. На следующем видео мягкие манипуляторы, вдохновленные лапами птиц, на лету ловят мяч, движущийся с высокой скоростью.
Энергия упругой деформации известна и в растительном мире. Например, хищное растение венерина мухоловка охотится на своих жертв с помощью специализированного ловчего аппарата, образованного из краевых частей листьев. Листья схлопываются, когда на них садится насекомое, привлеченное соком растения. Этот механизм ученые также смогли воссоздать. Скорость срабатывания искусственной мухоловки - 50 миллисекунд.
По словам Мартинеса, мягкие роботы, использующие энергию упругой деформации, имеют ряд существенных преимуществ перед уже существующими мягкими роботизированными системами.
Во-первых, они превосходят соперников в качестве захвата и удерживания предметов. Во-вторых, они способны манипулировать объектами на очень высокой скорости. В-третьих, энергия упругой деформации, накопленная в эластомерном слое, позволяет удерживать массивные предметы без потребления какой-либо внешней энергии. Наконец, мягкая “кожа” может быть покрыта эластичным противоскользящим покрытием, что дополнительно улучшит качество хвата.
“Мы предполагаем, что данная технология откроет путь новому поколению мягких роботов, способных использовать накопленную энергию упругой деформации для достижения скоростей и движений, недоступных современной робототехнике”, - говорит Мартинес.
Если хотите получать новости через мессенджер, подписывайтесь на новый Telegram-канал iGate
