Большинство роботов используют электрические приводы, но этот малыш делает гораздо больше. Исследователи создали новый тип миниатюрного двигателя внутреннего сгорания, который наделяет маленького робота-лягушку взрывными прыжками и прекрасным управлением моторикой.
Идея сжигания топлива для питания робота может показаться родом из прошлого века, но, как отмечает исследовательская группа из Лаборатории органической робототехники Корнеллского университета, сегодняшние батареи тяжелы и не несут мало энергии, поэтому производительность электрических приводов ограничена.
Эти ограничения были бы еще выше, если бы вместо этого использовалось высокоэнергетическое химическое топливо, поэтому команда приступила к разработке нового типа быстрого, высокочастотного роботизированного привода, который будет работать так же, как обычный двигатель внутреннего сгорания.
Крошечные приводы диаметром около 5 миллиметров (0,2 дюйма) втягивают метан и кислород в простую камеру сгорания объемом 0,09 миллилитра и воспламеняют ее искрой. Верхняя часть камеры сгорания покрыта слоем высокоэластичной силиконовой пленки из кожи дракона, которая действует как поршень в автомобильном двигателе. Когда топливо сгорает, оно растягивается, расширяя объем камеры сгорания, а затем быстро восстанавливается, выбрасывая выхлопные газы через небольшие отверстия сбоку.
Все это происходит очень быстро, но конечный результат таков: чем сильнее удар, тем сильнее отрывается мембрана. Эти приводы выдерживают удары с расширением объема полости до 140%, с силами, превышающими 9,5 Н, и очень быстры, при необходимости работая с частотой более 100 раз в секунду.
Команда из Корнелла встроила напечатанные на 3D-принтере прототипы этих небольших приводов сгорания на подушечки ног крошечного жесткого четвероногого робота-лягушки, так что всякий раз, когда мембрана определенного привода отрывается, ступни толкаются вниз. Они разработали схему управления, которая изменяла частоту искры привода, соотношение топливного эквивалента и расход топлива, затем объединили эти элементы управления с управлением двумя левыми и двумя правыми ногами, а затем начали смотреть, что можно заставить робота делать.
Им удалось заставить робота ползти вперед колеблющейся походкой и прыгать вперед на разную высоту, в том числе на более высокие поверхности. Они создали извилистую походку вперед, основанную на вращении, и заставляли ее вращаться на месте по или против часовой стрелки.
Чтобы продемонстрировать взрывную силу привода, они заставили робота подпрыгнуть на внушительную высоту 56 сантиметров (1,8 фута) в воздухе, а также продемонстрировали, что робот может двигаться по множеству твердых поверхностей с высоким, низким и низким коэффициентом трения и рыхлых поверхностей. Они также загрузили в робота 32 грамма груза (что более чем в 22 раза превышает собственный вес робота) и продемонстрировали, что они все еще могут контролировать движение робота.
Наконец, эти маленькие приводы могут дать робототехникам дополнительную возможность, когда требуется сверхбыстрое движение — только представьте, как было бы здорово, если бы Atlas мог оказывать взрывную помощь с помощью гидравлики ног или огневых ударов.
Исследование было опубликовано в журнале Science. Посмотрите видео ниже.