Когда мы думаем о роботах, мы представляем сложные электронные устройства, управляемые продвинутыми программами. Однако исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего опровергли этот стереотип. Команда ученых разработала уникального робота, который может ходить без использования электроники и сложных сборочных процессов. Все, что ему нужно — это картридж со сжатым газом и напечатанный на 3D-принтере материал.
Простые материалы, сложные возможности
Цель проекта заключалась в создании шагающих роботов с использованием доступных технологий — обычного настольного 3D-принтера и стандартного печатного материала. Это не только делает их производство дешевым (примерно 20 долларов за одного робота), но и обеспечивает прочность и универсальность конструкции.
Эти мягкие роботы не содержат традиционных жестких компонентов. Вместо этого они изготовлены из гибких 3D-печатных нитей, которые одновременно выполняют роль искусственных мышц и системы управления.
Во главе с научным сотрудником Ичэнем Чжаем из лаборатории Толли команда столкнулась с задачей создания робота, способного передвигаться исключительно за счет мягких структур. «Мы сделали огромный шаг вперед, создав робота, который ходит полностью самостоятельно», — отметил Чжай.
Как это работает?
Для передвижения робот использует пневматическую осциллирующую схему, контролирующую движение мягких актуаторов. Система работает по принципу парового двигателя, подавая давление воздуха в точно рассчитанных последовательностях.
Благодаря этому две группы из трех ног поочередно двигаются, создавая походку. Шесть конечностей робота обладают четырьмя степенями свободы, что позволяет им подниматься и опускаться, а также двигаться вперед и назад, обеспечивая устойчивое прямолинейное движение.
Подключенные к постоянному источнику сжатого газа, такие роботы могут работать непрерывно. Лабораторные испытания показали, что они способны функционировать до трех дней без остановки. Более того, исследователи продемонстрировали их способность передвигаться в различных условиях — на траве, песке и даже под водой, используя портативный газовый картридж.
Будущее мягкой робототехники
Благодаря тому, что эти роботы не зависят от электроники, они могут работать в экстремальных условиях, где традиционные механизмы выходят из строя, например, в зонах с высокой радиацией, в районах стихийных бедствий или даже в космосе.
«Наши роботы создаются без традиционных жестких компонентов, которые обычно используются в подобных конструкциях», — объясняет Толли.
Ранее команда Чжая уже использовала 3D-печать для создания захватов, работающих без электроники, а теперь они пошли еще дальше. В будущем ученые планируют встроить в робота систему хранения сжатого газа, сделав его полностью автономным. Также рассматривается возможность использования перерабатываемых и биоразлагаемых материалов, а в дальнейшем — добавления манипуляторов для расширения функциональности.
В сотрудничестве с компанией BASF через Альянс исследований Калифорнии (CARA) команда тестировала различные мягкие материалы для 3D-печати. Хотя некоторые из них пока недоступны для массового производства, исследователи уже добились успеха, используя стандартные, недорогие материалы.
Эта работа была опубликована в научном журнале Advanced Intelligent Systems.
