Ученые разработали первого в мире мягкого робота с 3D-печатным телом, который может прыгать как человек

Первый в мире 3D-печатный мягкий робот может прыгать как человек

Исследователи Гарвардского университета разработали первого робота с 3D-печатным телом, который переходит от жесткого ядра к мягкому внешнему слою и способен на более чем 30 свободных прыжков. Робот работает на комбинации бутана и кислорода. Хотя его может показаться мягким и губчатым на ощупь, новый робот силен изнутри и готов к прыжкам, заявили исследователи.

«Мы считаем, что объединение мягких и жестких материалов поможет создать новое поколение быстрых, бдительных роботов, которые будут более здоровыми и гибкими, чем их предшественники, и смогут безопасно работать рядом с людьми», — сказал Майкл Толли, доцент механической инженерии в Университете Калифорнии — Сан-Диего.

Толли отметил, что идея смешивания мягких и жестких материалов в теле робота пришла из природы. Например, у некоторых видов мидий есть нога, которая сначала мягкая, а затем становится жесткой в точке контакта с камнями.

Ученые заявили, что такие прыгающие роботы могут однажды оказаться полезными в суровых условиях, слишком опасных для людей, особенно потому, что роботы способны выживать после жестких падений и других неожиданных условий.

Мягкие роботы, как правило, медлительны, особенно когда выполняют задачи без подключения к источникам питания и другой электронике. Исследователи надеются, что их работа позволит лучше интегрировать жесткие компоненты в мягкие роботы, которые затем будут двигаться быстрее, не ставя под угрозу безопасность людей, работающих с ними. Жесткие слои обеспечивают лучшую связь с электронными «мозгами» устройства и источниками питания. Мягкие слои делают его менее уязвимым к повреждениям при приземлении после прыжка.

«Одним из диких возможных применений могло бы стать использование в космосе — на Луне или Марсе или других планетах», — сказал соавтор исследования Николас Бартлетт, робототехник из Гарвардского университета. «Вы также можете подумать о более практическом использовании, таком как поисково-спасательные операции в сценариях бедствий, таких как обрушившиеся здания, где мягкий робот мог бы попасть туда, куда не может пройти робот на колесах».

Робот, работающий на сгорании, состоит из двух основных частей: мягкого тела в виде плунжера с тремя пневматическими ногами и жесткого центрального компонента, содержащего механизм питания и управления.

Центральный модуль защищен полужестким кожухом, созданным с помощью 3D-принтера. Чтобы начать движение, робот надувает свои пневматические ноги, чтобы наклонить свое тело в нужном направлении.

Гарвард считает, что это мощный прыгун, достигающий до шести раз своей высоты в вертикальных прыжках и половины своего размера в поперечных прыжках. В поле прыжковое движение может быть эффективным способом быстро и легко перемещаться вокруг препятствий.

«Замечательная вещь в мягких роботах заключается в том, что они хорошо поддаются жестокости», — сказал Николас Бартлетт, первый автор статьи.

Робот состоит из двух вложенных полусфер. Верхняя полусфера похожа на половину раковины, 3D-печатную в одном куске, с девятью различными слоями жесткости, создающими структуру, которая переходит от резинообразной гибкости на внешней стороне к полной жесткости ближе к ядру.

Исследователи пробовали несколько версий дизайна и пришли к выводу, что полностью жесткий верх обеспечит более высокие прыжки. Но более гибкий верх был более вероятным для выдерживания ударов при приземлении, позволяя роботу повторно использоваться. Они решили выбрать более гибкий дизайн.

Нижняя половина робота гибкая и включает небольшую камеру, куда вводятся кислород и бутан перед прыжком. После зажигания газов эта половина ведет себя очень похоже на баскетбольный мяч, который надувается почти мгновенно, поднимая робота в прыжок. Когда химическая зарядка исчерпывается, нижняя полусфера возвращается к своей первоначальной форме.

Две полусферы окружают жесткий центральный модуль, в котором находятся пользовательская плата, источник высокого напряжения, аккумулятор, миниатюрный воздушный компрессор, топливный элемент на бутане и другие компоненты. Исследование было опубликовано в журнале Science.

Увеличение ширины материалов, адаптированных для 3D-принтеров, позволяет инженерам быстрее прототипировать новые дизайны и опровергать старую пословицу о том, что увеличение сложности обязательно приводит к увеличению стоимости.

«Мягкая робототехника — это относительно многообещающая подсфера, а 3D-печать добавляет к диапазону вещей, которые мы можем делать на действительно практическом уровне», — сказал Вуд.

Исследование было опубликовано в журнале Science.