Як людські коліна. Нові роботизовані суглоби виправляють 99% неточностей і тримають у 3 рази більше ваги

Інженери з Гарварду створили новий тип роботизованих суглобів, які працюють за принципом людського коліна. Це робить роботів ефективнішими, а процес захоплення об'єктів — сильнішими.

Про це пише видання Interesting Engineering.

Суглоби працюють як парні криві поверхні, що котяться і ковзають одна по одній, з'єднані гнучкими елементами. Кожну частину суглоба оптимізують під конкретні завдання і сили, які він має виконувати. Завдяки цьому енергія витрачається ефективніше, і роботи можуть використовувати менші мотори без складних систем керування.

«Коли ви знаєте, що робот має робити, наприклад ходити, можна продумати, де саме потрібно прикладати силу», — пояснив Колтер Декер, аспірант Гарварду і перший автор дослідження.

«Якщо ми вбудуємо ці рішення у сам механізм робота, він стане ефективнішим. Мотор може бути меншим, бо енергія спрямовується точно туди, де вона потрібна».

«Ми прагнемо перекласти якомога більше контролю руху на механіку та матеріали робота, щоб система керування могла зосередитися на завданнях. Метод Колтера робить це дуже елегантно, і математично, і механічно», — додав Роберт Вуд, старший автор статті.

Ідея виникла під час роботи над «м’якими» роботизованими захватами, які повинні обережно обхоплювати об'єкти, але тримати їх міцно. Поєднання жорстких ланок із гнучкими суглобами дозволило командам моделювати роликові суглоби, як кістки та хрящі людини.

У тестах новий суглоб, подібний до колінного, виправляв 99% неточностей у порівнянні зі стандартними суглобами. Роботизований захват з двома «пальцями», створений за тією ж методикою, міг тримати втричі більшу вагу, ніж стандартний, при тих же моторах.

Традиційні роликові суглоби мають просту круглу форму. Метод Гарварду дозволяє робити нерівні поверхні, які рухаються по заданих траєкторіях і передають сили точно так, як потрібно.

«Ми робили математику, щоб визначити, які поверхні й шківи забезпечать потрібну траєкторію та силу, — сказав Декер. — Потім можна оптимізувати суглоби для ходьби, стрибків або захоплення предметів».

Оптимізовані суглоби можна використовувати у багатьох сферах: екзоскелетах, допоміжних пристроях, роботах, які нагадують людей, і навіть у біомеханічних дослідженнях тварин.

Цей підхід наближає роботи й пристрої до природного руху, використовуючи саму механіку для складних завдань, замість того, щоб покладатися лише на програмне забезпечення.