Здесь робот, здесь прыгай: сконструирован прыгучий робот

Кто круче — робот-саранча или робот-галаго, как современные технологии помогли использовать прыгучесть сенегальского примата и сможет ли робот заниматься паркуром, разбирался Indicator.Ru.

Робот, получивший название Salto (saltatorial locomotion of terrain obstacles — «преодоление наземных препятствий с помощью прыжков»), по виду напоминает складной походный стул и умещается на ладони. Однако он прыгает лучше большинства людей и почти так же хорошо, как вдохновивший его создателей галаго — африканский родственник лемуров и рекордсмен по прыжкам в высоту в мире позвоночных животных. Отчет о работе предоставлен в Science Robotics, полный текст статьи доступен онлайн. В прикрепленном видео Salto прыгает выше мальчика и даже посещает тренировку по паркуру.

Быстрее, выше, сильнее, чем лягушка-бык

Робототехники из Калифорнийского университета в Беркли спроектировали маленького робота, который способен отталкиваться в прыжке от стены или производить серию вертикальных прыжков, демонстрируя новый для роботов принцип передвижения по пересеченной местности. Для этого ученые придумали свой параметр — вертикальную быстроту прыжка — и нашли его фундаментальное ограничение. Данная величина измеряется в метрах в секунду и соотносится с максимальной вертикальной скоростью, которую система может получить в последовательности прыжков, а не однократно. В согласии с законами физики, этот параметр упирается в «потолок» мощности используемого привода, точнее, в соотношение мощности и массы животного или прибора.

Сенегальский галаго известен своей способностью управлять своими мышцами, чтобы прыгать очень высоко. Причем животное использует особую стратегию, ведь прыгать на такое расстояние, используя силу мышц напрямую, невозможно. Галаго всего за четыре секунды может прыгнуть пять раз, и суммарная высота этих прыжков будет составлять восемь с половиной метров. Это получается благодаря способности животного сохранять энергию в натяжении сухожилий, а затем высвобождать ее в процессе прыжка.

Некоторые из предыдущих роботов-прыгунов по примеру этого представителя приматов, использовали эластическое модулирование мощности, но им удавалось достичь лишь 55% вертикальной быстроты прыжка галаго. Вертикальная быстрота прыжка Salto составила 1,75 метров в секунду — это больше, чем у лягушки-быка (1,71 м/с), но меньше, чем способен продемонстрировать самый прыгучий примат (2,24 м/с).

Весит Salto 100 граммов (в 2-3 раза меньше, чем взрослый галаго), а «рост» робота-попрыгунчика в максимально распрямленном состоянии равняется 26 сантиметрам. Он может прыгнуть в высоту на 1,008 метра, а оттолкнувшись в прыжке от стены, и на все 1,21 метра. Рекорд самого высокого единичного прыжка на данный момент принадлежит роботу-саранче под названием TAUB, который может подняться в воздух на 3,2 метра, но на серию прыжков он не способен. Прыжок TAUB можно посмотреть на видео ниже.

Большие надежды

«Сочетая принципы проектирования, вдохновленные природой, с продвинутыми инженерными технологиями, нам не придется долго ждать достижения быстроты и ловкости животных», — говорит Рональд Фиринг, профессор инженерной электроники и компьютерных наук и руководитель лаборатории биомиметики миллисистем, где был создан новый робот.

Salto пока не умеет делать маневры в прыжке в разных направлениях. Активация механизмов его ног и использование инерции ограничивает его в плоскости его тела. Также он не был опробован на шероховатой и сыпучей среде реального мира: понятно, что передвигаться по ней сложнее, чем по гладкому полу лаборатории. Его системы могут оценивать положение и напряжение его двигающихся деталей, аналогично нашему мышечному чувству, но не оценивают характеристики среды, в которой он находится, так что даже его прыжки с использованием стены ученые назвали работой без обратной связи. Однако они регулируются серией характеристик, которые могут быть скорректированы, для того чтобы демонстрировать безопасное в работе и надежное поведение.

Все эти недостатки ученые видят как поле для работы: показав, что последовательно-эластичные силы являются отличной альтернативой параллельно-эластичным в робототехнике, они воспринимают ограничения как новые вызовы и надеются, что при комбинации их устройства с шарнирным механизмом можно будет создать ловкого и быстрого полипедального робота, бегающего с помощью нескольких независимых конечностей.