Инженеры из Гарвардского университета и Калифорнийского университета в Сан-Диего создали первого 3D-печатного робота, в котором твёрдая центральная часть сочетается с мягкой оболочкой. Это устройство способно на одном "баке топлива" из смеси бутана и кислорода 30 раз подпрыгнуть, словно лягушка.
"Мы считаем, что объединение мягких и жёстких материалов поможет создать новое поколение быстрых и гибких роботов, которые являются более надёжными и лучше приспосабливаются к условиям окружающей среды, нежели их предшественники, – рассказывает Майкл Толли (Michael Tolley), доцент механической инженерии из Калифорнийского университета. – Такие роботы смогут спокойно работать рядом с человеком".
Толли поясняет, что идея соединения мягких и твёрдых материалов в теле робота позаимствована у природы. Так, у некоторых видов моллюсков есть нога, которая возле самого туловища мягкая, а в том месте, где она вступает в контакт с камнем, становится жёсткой. Появление новых производственных методов вроде трёхмерной печати позволило учёным добиться того же эффекта в робототехнике.
Мягкие роботы, как правило, достаточно медлительны. Особенно часто это наблюдается в тех случаях, когда они создаются для самостоятельного решения задач, когда устройство не должно быть привязано к источнику питания или другой контролирующей его электронике.
Робот-лягушка проворнее собратьев. В роботе, созданном командой Толли, жёсткие слои сделаны для улучшения взаимодействия техники с электронным мозгом аппарата и источником питания. Мягкие слои делают устройство менее уязвимым к повреждениям во время столкновения с поверхностью после прыжка.
Робот состоит из двух полушарий. Верхняя полусфера напечатана единым куском, при этом в ней девять разных по жёсткости слоёв, то есть структура варьируется от мягкой резиновой до жёсткой у самого ядра.
Исследователи перепробовали несколько версий дизайна и пришли к выводу, что полностью жёсткое покрытие позволяет роботу прыгать выше, но при этом почти не оставляет шансов выжить после посадки. Однако гибкое покрытие сохраняет машину в рабочем состоянии, а значит, позволяет использовать его повторно.
Самой сложной частью процесса было проектирование многослойной верхней оболочки. Толли и его соавторы протестировали печатные образцы каждого из используемых материалов. Полученная информация позволила им вычислить правильную жёсткость девяти различных слоёв верхнего покрытия.
Нижняя половина робота является полностью гибкой и включает в себя небольшую камеру с топливом для прыжков устройства – кислородом и бутаном. После того как вещества воспламеняются, эта половина быстро расширяется под действием выделяемых газов, робот подпрыгивает. Когда химический заряд исчерпан, нижняя полусфера возвращается к своей первоначальной форме.
Робот-лягушка способен подпрыгнуть в шесть раз выше собственного роста. В серии тестов он осуществил 30 прыжков подряд на высоту 0,75 метра и в длину на 0,15 метра. После включения робот может работать даже без помощи человека.
Разработчики надеются, что такого рода роботы смогут справляться с целым рядом задач, например, маневрировать на местах катастроф или в космосе. На непредсказуемой местности (на Марсе или на Луне) устойчивость и подвижность будут для робота огромным преимуществом. Кроме того, в условиях низкой гравитации он сможет прыгать ещё выше. Осталось только решить проблему дозаправки.
Исследователи рассчитывают также, что их разработки покажут и другим учёным, что можно интегрировать жёсткие компоненты в мягких роботов, которые затем будут двигаться быстрее и при этом будут безопасными для работающих с ними людей.
Описание робота-лягушки было опубликовано в журнале Science. Напомним, что ранее "Вести.Наука" также рассказывали о немецком роботе-кенгуру, корейской механической блохе и её конкуренте, а также о роботе-водомерке, прыгающем по поверхности воды.
