Исследователи по-новому понимают, как движутся роботы

Исследовательская группа под руководством доктора Линь Цао из Школы электротехники и электроники Шеффилдского университета переосмыслила один из давних недостатков робототехники как прорывную функцию, открыв новый способ для мягких роботов двигаться, трансформироваться и даже «расти» с беспрецедентной ловкостью.

Изучение, опубликовано в Достижения наукипредставляет морфинг формы с помощью гистерезиса (HasMorph) — концепцию, которая может изменить подходы инженеров к проектированию гибких роботов для медицины, промышленности и реагирования на стихийные бедствия.

От «большего количества моторов» к «умному движению»

Традиционно робототехники считали, что для достижения более ловких движений роботам нужно больше приводов — например, добавление большего количества веревок к марионетке. Но это делает роботов громоздкими, дорогими и трудноуправляемыми.

Команда доктора Цао придерживалась радикально иной точки зрения: что, если бы меньшее количество приводов могло бы делать больше, воспользовавшись преимуществом естественного механического поведения, которое инженеры обычно пытаются устранить, — гистерезиса.

Гистерезис возникает, когда движение системы не повторяет точно свой путь при изменении направления сил – например, небольшая задержка между направлением переключения передач из-за зазора между зубьями шестерни. «Вместо того, чтобы бороться с этим эффектом, мы решили использовать его», — сказал доктор Цао. «На самом деле гистерезис можно использовать, чтобы заставить роботов запоминать свою предыдущую форму и выполнять сложные движения с минимальными усилиями».

Три прорыва в одной концепции

1. Изменение мышления. Команда превратила гистерезис из недостатка системы в преимущество конструкции, используя его для создания контролируемых, стабильных изменений формы в мягкие роботы.
2. Парадигма активации HasMorph. Имея всего два сухожилия, робот может независимо управлять несколькими секциями изгиба, создавая миллиарды возможных форм. Это представляет собой серьезный отход от традиционного подхода «больше моторов — больше ловкости».
3. Обратимое изменение формы для растущих роботов. Объединив HasMorph с выворачивающимся мягким растущим роботом, который расширяется на кончике, как растение, команда обеспечила ловкий контроль как формы, так и направления роста. Робот может расти вперед, объезжать препятствия, следовать точному пути своего наконечника («следовать за лидером») и даже укорачиваться от кончика — долгожданная возможность в полевых условиях.

Почему это важно

Такое сочетание простоты и интеллекта в движении открывает новые возможности в нескольких областях:

• Минимально инвазивная хирургия— Тонкий роботизированный эндоскоп может беспрепятственно перемещаться внутри тела, избегая здоровых тканей, безопасно и точно достигая целевых органов.
• Поиск и спасение. Роботы могут перемещаться по разрушенным конструкциям или завалам, чтобы найти выживших.
• Проверка трубопроводов и конструкций. Роботы могут исследовать замкнутые, извилистые пространства без необходимости использования громоздких механизмов или нескольких двигателей.

«Для пациентов это может означать более безопасные и менее травматичные процедуры», — сказал доктор Цао. «Для робототехников HasMorph — это смена парадигмы— это показывает, что более ловкое движение не всегда означает больше моторов. Это означает, что нужно проектировать умнее».