1-граммовый робот, вдохновленный жабой и черепахой, прыгает по лестнице без пружин

Робот, достаточно маленький, чтобы поместиться на ладони, может перепрыгнуть через стандартную ступеньку, приземлиться, самостоятельно выпрямиться и снова прыгнуть. Инженеры Вашингтонского университета разработали прототип DirectHop, чтобы изучить, может ли прыжковое движение стать для маленьких роботов практичным способом преодолевать препятствия без полёта. Прототип использует крошечный электродвигатель и три складные ножки для выполнения повторяющихся прыжков.

Изменяя ток, подаваемый на двигатель, исследователи могут задавать высоту прыжка с точностью до одного сантиметра. В конечном итоге эта конструкция может помочь группам недорогих роботов проверять нефтеперерабатывающие заводы, контролировать состояние сельскохозяйственных угодий или исследовать другие планеты. На данный момент DirectHop остаётся прототипом: он питается от кабеля и не может самостоятельно перемещаться в определённое место.

Прыжок без пружин

Многие прыгающие роботы используют механику, схожую с механикой блох. Пружины накапливают энергию перед её высвобождением во время прыжка, но из-за этого дальность прыжка трудно контролировать. Пружины и фиксаторы также становятся более сложными в изготовлении и эксплуатации по мере уменьшения размеров роботов. DirectHop использует иной подход.

Двигатель робота соединен леской с башней на корпусе робота. Когда двигатель набирает скорость, он наматывает леску и взмывает вверх, как башня, поднимая робота в воздух. Три шарнирные ножки раскрываются во время прыжка, чтобы удерживать двигатель на одной линии со стопой робота.

Как подготовиться к следующему прыжку

Приземление создаёт ещё одну проблему для робота, которому приходится прыгать более одного раза. DirectHop склонен переворачиваться в воздухе, поэтому команда оснастила его защитной рамой, которая поддерживает робота, когда он приземляется на бок. После этого исследователи могли возвращать робота в правильное положение в 90 % случаев, перемещая его двигатель обратно вниз по башне. Это смещает центр тяжести робота и перекатывает его на стопу, после чего он может подготовиться к следующему прыжку.

Команда черпала вдохновение для разработки защитной рамы из панциря черепахи-боксерки, который может помогать животному переворачиваться в правильное положение.

Путь к автономному движению

DirectHop по-прежнему нуждается в источнике питания и системе навигации, чтобы работать автономно. Ван и Фуллер работают над бортовыми солнечными элементами и аккумулятором, а также над вибрационным двигателем для поворотов, выдвижными ножками для регулировки угла прыжка, камерой и навигационной электроникой. Их задача заключается в автономном подъеме по лестнице: робот должен распознавать ступеньку, определять необходимый прыжок, позиционировать себя и повторять процесс после приземления.

Ван оценивает, что полностью укомплектованная версия может стоить около $10. Если команде удастся решить остальные проблемы, группы таких роботов смогут работать вместе с более крупными машинами в тех местах, где потеря отдельного робота не приведет к прекращению выполнения всей миссии.

Источник: Interesting Engineering