Обычные роботы, основанные на отдельных суставах, не всегда хорошо справляются со сложными реальными задачами, особенно с теми, которые связаны с ловким манипулированием объектами. Таким образом, некоторые робототехники пытались разработать роботов непрерывного действия, роботизированные платформы, характеризующиеся бесконечными степенями свободы и отсутствием фиксированного количества соединений.
Роботы Continuum обычно основаны на кабелях или других деформируемых компонентах, которые могут двигаться более свободно и не ограничены фиксированными соединительными конструкциями. Несмотря на эти преимущества, многие предлагаемые конструкции непрерывного робота все еще не могут эффективно перемещаться в сложных и неструктурированных средах.
Исследователи из Университета Сунь Ятсена, Даляньского технологического университета и Лондонского университета Саут-Бэнк недавно разработали нового непрерывного робота, вдохновленного хоботами слонов. Этот робот, представленный в статье, опубликованной в Soft Robotics , имеет настраиваемый дизайн, который позволяет адаптировать его для различных приложений.
«Мы обнаружили, что существующие непрерывные роботы с тросовым приводом после деформации всегда демонстрируют профили в форме круга, что может препятствовать их взаимодействию со средами с различной кривизной», — сказал Tech Xplore один из исследователей, проводивших исследование, Цзянин Ву. «Чтобы преодолеть это ограничение, мы попытались предложить непрерывную роботизированную парадигму для адаптации к сценариям приложений с различной кривизной».
Хоботы слонов естественным образом делятся на конечные сегменты, соединенные псевдосуставами. Это позволяет слонам более эффективно взаимодействовать с неструктурированной средой, например, гибко втискивая свой хобот в узкие места или доставая более высокие ветки.
Благодаря их уникальному строению жесткость различных сегментов хобота слона можно независимо регулировать и настраивать на изгиб по-разному. В конечном итоге это позволяет слону адаптировать форму своего хобота для решения различных задач и достижения объектов различной формы.
«Вдохновленные движением хобота слона, мы представили непрерывного робота с предварительно запрограммированным распределением жесткости для решения проблемы робототехники, которую мы пытались решить», — объяснил Хайджун Пэн, другой исследователь этого исследования. «Регулируя распределение жесткости, наш био-робот не только демонстрирует различные модели деформации, но и может перемещаться по трубопроводам с различной кривизной».
Робот, вдохновленный хоботом слона, созданный Ву и его коллегами, основан на структуре тенсегрити класса 3, состоящей из нескольких эластичных элементов, которые равномерно распределены по всей структуре. Это позволило исследователям запрограммировать локальные характеристики жесткости робота, просто заменив упругие элементы другими, имеющими другие величины жесткости.
«Благодаря разнице в распределении жесткости непрерывный робот демонстрирует различные роботизированные конфигурации при одинаковом критерии срабатывания», — сказал Ву. «Наш созданный на основе биотехнологий континуум-робот способен не только конформно взаимодействовать с окружающей средой различной кривизны, но и упрощать сложность необходимых систем срабатывания и управления за счет использования врожденного интеллекта».
Исследователи до сих пор использовали свою конструкцию для создания прототипа робота, состоящего из 12 эластичных модулей. Затем они продемонстрировали его возможности деформации в серии испытаний, сосредоточив внимание на различных реальных сценариях.
«Долгая и бесконечная эволюция привела животных к проявлению удивительных способностей», — сказал Ву. «Если бы мы проявляли полную осторожность, чтобы наблюдать за ними, мы могли бы собрать спектр биологических парадигм дизайна для будущих робототехнических систем. Например, вдохновленные поведением взаимодействия хоботов слона, мы могли бы представить более гибкого континуального робота, чтобы удовлетворить требования к взаимодействию в средах с переменной кривизной».
В будущем непрерывный робот, созданный этой группой исследователей, может помочь автоматизировать больше реальных задач в неструктурированных средах, которые трудно или невозможно решить с помощью роботов с жесткими суставными структурами. Благодаря своей уникальной конструкции робот также может одновременно выполнять различные функции за счет установки различных концевых эффекторов, таких как захваты и датчики.
«Теперь мы хотели бы разработать интеллектуальные стратегии регулирования жесткости, с помощью которых можно еще больше расширить возможности непрерывных роботов при изучении непредсказуемых сценариев в режиме реального времени», — добавил Ву. «Например, для изготовления пружинных элементов будут использоваться некоторые передовые материалы , такие как сплав с памятью формы (SMA) и диэлектрический эластомер (DE)».
