Аннотация:
Исследовательская группа из Университета штата Северная Каролина в США недавно разработала новый тип мягкого робота. Робот может непрерывно прыгать при освещении инфракрасным светом без необходимости вмешательства человека или корректировки. Исследователи заявили, что это достижение демонстрирует новый механизм автономного движения мягких роботов и дает новые идеи для проектирования будущих беспилотных роботов.
Этот робот имеет форму капли воды, и исследовательская группа назвала его «Прыгун по кольцу». В отличие от многих роботов, которым требуются батареи, двигатели или сложные системы управления, он полагается исключительно на внешний инфракрасный свет. После освещения робот может продолжать выполнять циклические действия и переключаться между различными режимами движения, такими как вперед, прыжки и даже вертикальный полет.
По словам исследователей, основной принцип робота заключается в использовании крутильной деформации для накопления упругой потенциальной энергии и мгновенного высвобождения ее, когда она достигает критической точки. Поскольку сама конструкция имеет возможность автоматического восстановления, нет необходимости перезагружаться после каждого прыжка, но она может вернуться в исходное состояние и начать следующий раунд действий. Весь процесс можно повторять до тех пор, пока продолжает существовать инфракрасный свет.
Конструктивно робот в основном состоит из каплевидного кольца из жидкокристаллического эластомера, соединенного с тонкой V-образной алюминиевой конструкцией на одном конце. Когда инфракрасный свет попадает на поверхность материала, жидкокристаллический эластомер сжимается, заставляя всю структуру вращаться.
Без дополнительного дизайна эта структура обычно просто прокручивается на месте. Однако установленные на концах алюминиевые детали V-образной формы препятствуют этому процессу, из-за чего ремень постоянно накапливает крутильную деформацию. Поскольку скручивающая нагрузка продолжает увеличиваться, потенциальная энергия упругости, запасенная в материале, становится все больше и больше. Когда достигается определенная критическая точка, энергия внезапно высвобождается, и V-образная конструкция быстро выбрасывается вниз и ударяется о землю, таким образом выбрасывая всего робота в воздух.
После завершения прыжка робот вернется в исходную форму, а затем снова начнет цикл накопления и высвобождения энергии, формируя непрерывный автономный прыжковый режим.
Исследовательская группа обнаружила, что простое изменение угла V-образной конструкции может существенно изменить способ движения робота. Когда включенный угол составляет около 120 градусов, робот в основном медленно движется вперед ползком; когда включённый угол уменьшается до 90 градусов, робот прыгает вперёд; а когда угол падения еще больше уменьшится примерно до 50 градусов, робот сможет подпрыгнуть в воздух почти вертикально.
По словам исследователей, это означает, что одного и того же робота можно переключать между разными режимами движения, регулируя простой геометрический параметр, не меняя принцип движения и не добавляя дополнительные системы управления.
Помимо регулировки угла, команда также обнаружила, что положение центра тяжести робота также влияет на производительность движения. Эксперименты показывают, что, добавив небольшое количество противовеса к закругленному концу каплевидной конструкции, робот может достичь большей дистанции прыжка и более стабильной траектории движения вперед. Исследователи сравнивают это явление с пловцом, который наклоняется вперед, чтобы добиться большей скорости.
В ходе эксперимента исследовательская группа также заметила, что интенсивность инфракрасного света имеет решающее значение для спортивных результатов. Если интенсивность света недостаточна, робот не сможет накопить достаточно энергии для совершения прыжка; но если интенсивность света слишком велика, процесс прыжка может стать нестабильным, а направление может даже оказаться непредсказуемым. Поэтому правильный контроль интенсивности света является важным условием достижения стабильного и непрерывного движения.
Исследователи полагают, что этот вид мягкого робота, который может самовосстанавливаться, продолжать двигаться и имеет простую структуру, как ожидается, будет использоваться в области исследования сложной окружающей среды, проверки узкого пространства и исследований новых самоуправляемых мягких роботов в будущем. Поскольку он не требует сложной электронной системы управления и может осуществлять автономное движение, исключительно полагаясь на свойства материала и внешние источники света, он также открывает новое направление развития для будущих недорогих и легких роботов.
Комментарии