Новый биологический робот-червь для будущих подземных исследований.
Исследователи из Istituto Italiano di Tecnologia (IIT-Итальянский технологический институт) в Генуе разработали нового мягкого робота, вдохновленного биологией дождевых червей, который может ползать благодаря мягким приводам, которые удлиняются или сжимаются, когда воздух проходит через них или вытянуто.
Прототип был описан в Scientific Reports и является отправной точкой для разработки устройств для подземных исследований, а также для поисково- спасательных операций в замкнутых пространствах и исследования других планет.
Природа предлагает множество примеров животных, таких как змеи, дождевые черви, улитки и гусеницы, которые используют как гибкость своего тела, так и способность генерировать физические бегущие волны по длине своего тела, чтобы двигаться и исследовать различные среды. Некоторые их движения также подобны корням растений.
Вдохновляться природой и в то же время открывать новые биологические явления при разработке новых технологий — главная цель лаборатории робототехники BioInspired Soft, координируемой Барбарой Маццолаи, и этот похожий на дождевого червя робот — последнее изобретение ее группы.
Создание робота, похожего на дождевого червя, стало возможным благодаря глубокому пониманию и применению механики передвижения дождевого червя. Они используют чередующиеся сокращения мышечных слоев, чтобы продвигаться как ниже, так и над поверхностью почвы , создавая ретроградные перистальтические волны. Отдельные сегменты их тела (метамеры) имеют определенное количество жидкости, которая контролирует внутреннее давление для приложения усилий и выполняет независимые, локализованные и переменные модели движений.
Исследователи ИИТ изучили морфологию дождевых червей и нашли способ имитировать их мышечные движения, их целомические камеры постоянного объема и функцию их щетиноподобных волосков (щетинок) путем создания мягких роботизированных решений.
Команда разработала перистальтический мягкий привод (PSA), который реализует антагонистические движения мышц дождевых червей; из нейтрального положения он удлиняется, когда в него нагнетается воздух, и сжимается, когда из него вытягивается воздух. Весь корпус роботизированного дождевого червя состоит из пяти последовательно соединенных модулей PSA, соединенных между собой перемычками. Текущий прототип имеет длину 45 см и весит 605 граммов.
Каждый привод имеет эластомерную оболочку, инкапсулирующую известное количество жидкости, таким образом имитируя постоянный объем внутренней целомической жидкости дождевых червей. Сегмент дождевого червя становится короче в продольном направлении и шире по окружности и оказывает радиальное усилие по мере того, как сокращаются продольные мышцы отдельной камеры постоянного объема. Антагонистически сегмент становится длиннее по передне-задней оси и тоньше по окружности с сокращением окружных мышц, что приводит к проникающим силам вдоль оси.
Каждый отдельный привод демонстрирует максимальное удлинение 10,97 мм при положительном давлении 1 бар и максимальное сжатие 11,13 мм при отрицательном давлении 0,5 бар, что является уникальной способностью генерировать как продольные, так и радиальные усилия в одном модуле привода.
Для движения робота по плоской поверхности к брюшной поверхности робота были прикреплены небольшие пассивные фрикционные подушечки, вдохновленные щетинками дождевых червей. Робот продемонстрировал улучшенное передвижение со скоростью 1,35 мм/с.
Это исследование не только предлагает новый метод разработки перистальтического мягкого робота, похожего на дождевого червя , но также обеспечивает более глубокое понимание передвижения с биоинспирированной точки зрения в различных средах. Потенциальные области применения этой технологии огромны, включая подземные исследования, раскопки, поисково-спасательные операции в подземных средах и исследование других планет.
Этот роющий мягкий робот, созданный на основе биотехнологий, является значительным шагом вперед в области мягкой робототехники и открывает двери для дальнейших достижений в будущем.
