Мягкие элементы конструкции позволят создавать роботов совершенно нового класса и назначения
В недалеком прошлом люди представляли роботов исключительно как человекоподобных машин, обязательно имеющих туловище, голову, руки и ноги. В настоящее время проектировщики робототехнических систем обращают все больше и больше внимания на возможности других живых существ и выгоду, которую могут извлечь из этого роботы будущего. Мы уже знакомы с роботами, которые могут летать, подобно птице, бегать как гепарды, плавать как медузы и кальмары, и, в данном случае, скользить словно змеи. Именно эту идею использовали исследователи из Лаборатории информатики и искусственного интеллекта (Computer Science and Artificial Intelligence Lab, CSAIL) Массачусетского технологического института, создавая пневматического робота-щупальце с мягкой оболочкой, который может передвигаться по системам изогнутых труб, каналов и нор.
Змея, с точки зрения биомимикрии робототехнических устройств, является весьма универсальной моделью. Благодаря своей гибкости роботы-змеи могут использоваться в самых различных областях, начиная от ремонта и обслуживания оборудования атомных станций и заканчивая сборкой невероятно сложных конструкций плоскостей самолетов. Но, существующие роботы-змеи в большинстве случаев, имеют тела, изготовленные из твердых сегментов и имеющие неподвижные суставы, что в достаточной мере ограничивает их возможности.
Робот-змея, разработанный специалистами лаборатории и изготовленный с помощью технологий трехмерной печати, имеет мягкое тело и мягкий панцирь. Внутри тела робота и под его панцирем созданы изолированные полости в которые при помощи системы трубок может накачиваться воздух под давлением. Накачка воздухом отдельных полостей позволяет придать телу робота практически любую форму, изогнуть тело с любым радиусом и под любым углом, чего невозможно добиться при помощи механических приводов любого типа.
Обладание мягким телом позволит роботу не застревая проскальзывать в такие места, куда роботам с твердыми элементами конструкции доступ принципиально невозможен. Кроме этого, на робота с мягким телом не действуют незначительные воздействия и удары, что повышает его надежность.
Несмотря на все вышеописанные преимущества, конструкция любого мягкого робота не лишена и своих недостатков. "У многих мягких роботов та или иначе еще имеются твердые элементы, такие, как компрессоры, аккумуляторные батареи, электронные блоки управления и алюминиевые элементы каркаса роботов" - рассказывает Эндрю Марчезе (Andrew Marchese), один из разработчиков мягкого робота-змеи, - "Необходимость использования твердых компонентов заставляет нас снижать функциональность мягкого робота. Кроме этого, полностью избавится от твердых частей конструкции роботов никогда не получится, ведь робот, мягкий, как надувной шарик, к примеру, не сможет выполнить никакой полезной работы".
Мягкий робот, благодаря необычности своей конструкции, требует особых подходов и принципов управления движениями. Отдельная группа специалистов из лаборатории CSAIL разработала ряд сложных алгоритмов, управляющих "искривлениями" частей тела робота, которые требуются для выполнения различных движений и перемещений. "Для того, чтобы заставить нашего робота в определенную точку пространства, требуется реализовать точную последовательность изменений формы тела, что само по себе является весьма сложной задачей" - рассказывает Эндрю Марчезе, - "А при перемещениях в таком непростом пространстве, как внутренности трубопроводов, роботу требуется проходить через последовательность рассчитанных промежуточных точек. С точки зрения программирования это невероятно сложная задача".
В настоящее время исследователи лаборатории CSAIL занимаются подбором компонентов, таких, как приводы, компрессоры, датчики и электронные узлы, при помощи которых робот-змея сможет обрести полную самостоятельность, пусть и за счет некоторого снижения универсальности своей конструкции. Понизить уровень потери функциональности исследователи планируют за счет максимально возможного использования гибких компонентов, таких, как пассивные распределительные клапаны и гибкие электронные устройства.
Змея, с точки зрения биомимикрии робототехнических устройств, является весьма универсальной моделью. Благодаря своей гибкости роботы-змеи могут использоваться в самых различных областях, начиная от ремонта и обслуживания оборудования атомных станций и заканчивая сборкой невероятно сложных конструкций плоскостей самолетов. Но, существующие роботы-змеи в большинстве случаев, имеют тела, изготовленные из твердых сегментов и имеющие неподвижные суставы, что в достаточной мере ограничивает их возможности.
Робот-змея, разработанный специалистами лаборатории и изготовленный с помощью технологий трехмерной печати, имеет мягкое тело и мягкий панцирь. Внутри тела робота и под его панцирем созданы изолированные полости в которые при помощи системы трубок может накачиваться воздух под давлением. Накачка воздухом отдельных полостей позволяет придать телу робота практически любую форму, изогнуть тело с любым радиусом и под любым углом, чего невозможно добиться при помощи механических приводов любого типа.
Обладание мягким телом позволит роботу не застревая проскальзывать в такие места, куда роботам с твердыми элементами конструкции доступ принципиально невозможен. Кроме этого, на робота с мягким телом не действуют незначительные воздействия и удары, что повышает его надежность.
Click to viewНесмотря на все вышеописанные преимущества, конструкция любого мягкого робота не лишена и своих недостатков. "У многих мягких роботов та или иначе еще имеются твердые элементы, такие, как компрессоры, аккумуляторные батареи, электронные блоки управления и алюминиевые элементы каркаса роботов" - рассказывает Эндрю Марчезе (Andrew Marchese), один из разработчиков мягкого робота-змеи, - "Необходимость использования твердых компонентов заставляет нас снижать функциональность мягкого робота. Кроме этого, полностью избавится от твердых частей конструкции роботов никогда не получится, ведь робот, мягкий, как надувной шарик, к примеру, не сможет выполнить никакой полезной работы".
Мягкий робот, благодаря необычности своей конструкции, требует особых подходов и принципов управления движениями. Отдельная группа специалистов из лаборатории CSAIL разработала ряд сложных алгоритмов, управляющих "искривлениями" частей тела робота, которые требуются для выполнения различных движений и перемещений. "Для того, чтобы заставить нашего робота в определенную точку пространства, требуется реализовать точную последовательность изменений формы тела, что само по себе является весьма сложной задачей" - рассказывает Эндрю Марчезе, - "А при перемещениях в таком непростом пространстве, как внутренности трубопроводов, роботу требуется проходить через последовательность рассчитанных промежуточных точек. С точки зрения программирования это невероятно сложная задача".
В настоящее время исследователи лаборатории CSAIL занимаются подбором компонентов, таких, как приводы, компрессоры, датчики и электронные узлы, при помощи которых робот-змея сможет обрести полную самостоятельность, пусть и за счет некоторого снижения универсальности своей конструкции. Понизить уровень потери функциональности исследователи планируют за счет максимально возможного использования гибких компонентов, таких, как пассивные распределительные клапаны и гибкие электронные устройства.