В последние годы робототехники и компьютерные специалисты разработали широкий спектр систем, вдохновленных природой, в частности людьми и животными. Воспроизводя движения и поведение животных, эти роботы могли бы более эффективно ориентироваться в реальных условиях.
Исследователи из Северо-Восточного университета в Китае недавно разработали нового бионического робота в форме буквы H, который может воспроизводить движения, которые совершают гепарды во время бега. Этот робот, представленный в статье, опубликованной в журнале Journal of Bionic Engineering , основан на пьезоэлектрических материалах — классе материалов, которые генерируют электрический заряд при воздействии механического напряжения.
«Пьезоэлектрический робот реализует линейное движение, поворотное движение и поворотное движение с различными радиусами с помощью метода дифференциального управления напряжением», — написали Ин Ли, Чаофэн Ли и их коллеги в своей статье. «Был изготовлен прототип весом 38 г и размерами 150 × 80 × 31 мм 3 ».
Новый бионический пьезоэлектрический робот H-образной формы (H-BPR), разработанный Ли, Ли и их коллегами, имеет четыре ноги, соединенные тремя пьезоэлектрическими балками. Чтобы имитировать беговую походку гепардов, робот использует изгибные колебания пьезоэлектрических балок, которые периодически двигают его четыре ноги.
«Сначала динамика и кинематика пьезоэлектрического робота были проанализированы для получения траектории точки на конце ноги пьезоэлектрического робота», — пишут исследователи. «Был проанализирован принцип движения пьезоэлектрического робота, а затем были проведены модальный анализ пьезоэлектрического робота и анализ гармонического отклика с использованием программного обеспечения для конечно-элементного анализа».
По сравнению с другими роботами, которые двигаются, используя волны в пьезоэлектрических материалах, новая система, разработанная этими исследователями, имеет более простую конструкцию и, следовательно, может быть проще в изготовлении. Кроме того, она может производить более широкий диапазон движений, поскольку ее движения и радиус поворота можно настраивать, регулируя подаваемое на нее напряжение.
Пока что Ли, Ли и их коллеги разработали базовый прототип робота, который также может переносить небольшие грузы. Однако в будущем его конструкция может быть адаптирована для интеграции миниатюрных датчиков или камер, что может расширить возможности робота.
Исследователи протестировали разработанный ими прототип в серии реальных экспериментов, которые дали многообещающие результаты. В целом, робот оказался достаточно хорошо имитирующим беговую походку гепардов, а также успешно взбирающимся по пандусам с разным наклоном.
« Была создана экспериментальная установка для проверки эффективности и высокой экономичности движения робота», — пишут исследователи. «Результаты испытаний производительности показывают, что пьезоэлектрический робот имеет максимальную скорость 66,79 мм/с при напряжении возбуждения 320 В и грузоподъемности 55 г. Кроме того, H-BPR с неравными приводными ногами имеет лучшие показатели подъема, а полученные выводы являются информативными для выбора высоты ног для пьезоэлектрических роботов».
Новая роботизированная система, разработанная этой группой исследователей, вскоре может вдохновить на разработку других подобных роботов на основе пьезоэлектрических материалов . В будущем группа могла бы еще больше усовершенствовать своего робота, чтобы гарантировать, что он может эффективно работать при экстремальных температурах, в сложных климатических условиях или в присутствии опасных химических веществ, поскольку это облегчит его развертывание в промышленных условиях или во время поисково-спасательных операций.
