Представьте себе робота, который может ходить без электроники, только с картриджем сжатого газа, прямо с 3D-принтера. Его также можно напечатать за один раз из одного материала. Именно этого добились робототехники в лаборатории Bioinspired Robotics Laboratory при Калифорнийском университете в Сан-Диего. О своей работе они рассказали в журнале Advanced Intelligent Systems.
Для достижения этой цели исследователи стремились использовать самую простую из доступных технологий: настольный 3D-принтер и готовый материал для печати. Такой подход к проектированию не только надежен, но и дешев — производство каждого робота обходится примерно в 20 долларов.
«Это совершенно иной взгляд на создание машин», — говорит Майкл Толли, профессор кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Калифорнийского университета в Сан-Диего и старший автор статьи. Такие роботы могут быть использованы в условиях, когда электроника не функционирует. Например, для научной разведки в районах с сильной радиацией, для ликвидации последствий стихийных бедствий или для освоения космоса.
Исследователи протестировали роботов в лаборатории и показали, что при подключении к источнику воздуха или газа под постоянным давлением они могут работать без остановки в течение трех дней. Команда также продемонстрировала, что машины могут ходить на открытом воздухе без привязи, используя в качестве источника энергии баллончик со сжатым газом, и передвигаться по различным поверхностям, включая газон и песок. Робот может ходить даже под водой.
Задача ученых состояла не только в том, чтобы создать роботов, которые могли бы ходить прямо с принтера, добавив к ним воздушный источник энергии, но и в том, чтобы сделать это с помощью гибких, мягких материалов. «Роботы не изготовлены из традиционных жестких компонентов, которые обычно используются. Вместо этого они сделаны из простой нити для 3D-печати», — говорит Толли.
Самой сложной задачей было создание конструкции, которая включала бы в себя искусственные мышцы и систему управления, напечатанные из одного и того же мягкого материала в одном экземпляре. Команда под руководством Ичена Чжая из Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего адаптировала технику 3D-печати, которую они использовали ранее для изготовления захвата без электроники. Усилия привели к созданию шестиногого робота. «Мы совершили гигантский скачок вперед, создав робота, который ходит полностью самостоятельно», — говорит Чжай.
Чтобы заставить роботов двигаться, команда создала пневматический колебательный контур для управления повторяющимися движениями мягких приводов, похожий на механизм, приводящий в движение паровой двигатель локомотива. Контур координирует движение шести ног, подавая давление воздуха в нужное время попеременно на два комплекта из трех ног. Конечности могут двигаться вверх и вниз, вперед и назад, что, в свою очередь, позволяет ходить по прямой линии.
Следующие шаги включают в себя поиск способов хранения сжатого газа внутри роботов и использование перерабатываемых или биоразлагаемых материалов. Исследователи также изучают возможности добавления к роботам манипуляторов, например, захватов.
