Робот SAW ползает, карабкается и плавает всего с одним двигателем

    Если нужно движение, то аппарат может прибегать к колёсам и гусеницам, шагать или уходить в экзотику уровня ползания и плавания. Способов заставить робота двигаться описано много. Иногда даже может показаться, что ничего нового уже не придумать. Но это далеко не так. В недавно опубликованной работе Давид Заррук из Университета имени Бен-Гуриона в Негеве описывает волноподобного робота-червя, который приводится в действие всего одним исполнительным устройством.

    Робот так и называется: single actuator wave-like robot или SAW. Его волноподобная структура толкает его вперёд или назад. Для поворотов нужны колёса руления. Подобная конструкция не только хорошо двигается по суше, но и может забираться в узких щелях и плавать в воде.

    Исследователи говорят, что принципы ползания позаимствованы у змей. Хотя ход робота SAW можно сравнить с методами движения червя, аналогия условна. Тело земляного червя удлиняется в одной части за счёт утоньшения. Передний конец продвигается вперёд, за ним поспевает задняя часть, которая сокращается. Процесс повторяется. SAW же идёт синусоидой по поверхности. Принципы движения робота схожи с тем, что используют некоторые мелкие морские животные в куда меньших масштабах: микроскопические организмы плавают с помощью жгутика.


    Видеодемонстрация робота.

    Минимализм, простота движений и высокая производительность — это то, над чем Заррук давно работает. В интервью журналу IEEE Spectrum Заррук рассказал, что ещё в 2004 году он, будучи студентом, попытался воссоздать волновое движение подобное тому, что есть в живых организмах. Во время работы над докторской Заррук пришёл к идее использования волнового движения для систем внутри пищеварительной системы. Простую систему с одним мотором можно уменьшить и использовать для передвижения внутри кишечника.

    Пару лет назад Заррук читал курс проектирования изделий и рассказывал о пружинах. Тогда он обратил внимание, что в одной проекции пружина — круг, в другой — синусоида. Если пружина вращается, то волна незамысловато двигается. Простота принципов движения заинтересовала исследователя.


    Верхний рисунок: двигатель вращает спираль относительно корпуса. Нижний рисунок: 25 звеньев опоясывают спираль, они присоединены к корпусу и не вращаются.

    В SAW один двигатель. Он вращает хребет робота — жёсткую спираль. Последняя окружена серией звеньев, распечатанных на 3D-принтере. Эти звенья подвижны в одной плоскости, словно части велосипедной цепи. Спираль вращается, а звенья ходят вверх-вниз. При этом звенья двигаются так, что при контакте с поверхностью толкают робота вперёд.


    Волна идёт справа налево, а звенья в контакте с землёй немного двигаются влево и вращаются по часовой стрелке.

    Робот SAW может двигаться только вперёд или назад. Для заднего хода достаточно крутить спираль в обратном направлении. Рулить ему помогают два колеса на корпусе, которые в остальном пассивны: они не приводят аппарат в действие. Может показаться, что единственный способ ускорить движение — вращать спираль быстрее. Но исследователи добавили на звенья зубцы, которые позволяют делать движения семи волн за шесть циклов. Так скорость возросла на 13 %.


    Специальные зубцы не мешают звеньям двигаться друг относительно друга.

    Было изготовлено несколько моделей разного размера. Самая крупная (разноцветная) развивает скорость в 5,6 волн в секунду или 57 сантиметров в секунду. Она может карабкаться вверх между двух узко поставленных поверхностей на скорости в 8 см/с. Заключённая в водонепроницаемый корпус модель плавает на скорости в 6 см/с. SAW работает не только на ровном полу лаборатории, он преодолевает складки местности и проходит камни и траву.



    SAW — не просто игрушка. Сейчас его удалось уменьшить до размеров ручки (самый нижний образец на фотографии выше). В перспективе робота можно миниатюризировать до такой степени, что он будет в состоянии снимать кишечник человека и брать образцы для биопсии. Работы над дальнейшим уменьшением уже ведутся.

    Как утверждает Заррук, робот почти не требует обслуживания, что необычно для динамической структуры, полученной 3D-печатью. В будущем систему руления изменят — текущая не слишком элегантна. Исследователи хотят попробовать сочленить двух роботов SAW через шарнир. А если получится на лету изменять частоту волн и их амплитуду, то робот сможет лучше адаптироваться к разным поверхностям, извиваться через трубы многих диаметров и оптимизировать движение для каждой из жидкостей.

    Single actuator wave-like robot (SAW): design, modeling, and experiments
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 20

      +2
      Гениально!
      На самом деле нет, но меня восхитило :)
        0
        Элегантное решение использования condom в качестве влагозащиты у водного варианта (1:02 на видео).
        +6
        Да, идея на 5+.
        Сразу вспомнил гонки роботов из трилогии Ника Горькавого «Астровитянка» (Теория катастроф, глава 3) и того многоногого робота, которого построила Никки и который приводился в движение всего тремя двигателями. Там вся изюминка была в форме, взаимном расположении ног и их синхронном вращении.
          0

          О, я тоже вспомнил этот момент. Но там вроде бы все-таки другой какой-то принцип был.

          0
          Оно и летать ведь сможет. Крылья к голове приделать, чтобы в воздухе держалось и запускать с рук.
            0
            нет, не сможет.
            Но если убрать плоский «хвостик», увеличить скорость вращения «пружины», а еще лучше сделать несколько пружин, да сжать их, чтобы уменьшить массу, или даже не пружины, а только плоскости, рассекающие воздух — получится пропеллер. И с ним да, с ним полетит.
            +1
            Потрясающе неэффективный привод. Большие потери на трение и износ. Невозможность управления направлением. В воде колебания по синусоиде не самый идеальный вариант.

            Подойдет только для детских игрушек.
              0
              Недостатков три:
              1. Износ (Вы его упомянули).
              2. Печатать нужно очень много.
              3. А потом всё это соединять — терпения хватит разве что у вязальщицы.
              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
              +2
              Конструкция совсем не новая, в Технике Молодёжи была статья о советском конструкторе придумавшего такой же привод ещё в 30-е годы. А в журнале Моделист-Конструктор даже предлагалась создать такое своими руками.
                +2
                Наверно, если добавить второй параллельный двигатель и пружинку, то конструкция станет сильнее в 2 раза и получит возможность поворачивать.
                  +1
                  Слишком он «негибкий». В плане жёсткой спирали. Не очень-то маневренный, получается — застрянет в канале даже с небольшим изгибом.
                    0
                    В детстве была одноканальная радиоуправляемая машинка. Умела ездить вперед и разворачиваться задом. Добавить ей плавучести, лопасти к задним колесам и руль к передним и будет амфибия. При этом все это одним мотором! А если добавить второй канал радиоуправления, то и останавливаться сможет (моя ездила пока не отключишь).
                    Че то так себе изобретение.
                      0
                      в журнале ЮНЫЙ ТЕХНИК за, кажется, 1987 год была статья про создание игрушечного вездехода. Там как раз такой движитель на двух моторчиках. Моторчики крутили спирали, которые шли в навитых плоских пружинах.

                        0
                        http://gorodigrushek.ru/2011/01/28/volnoxod/

                        http://modelist-konstruktor.com/v_mire_modelej/volnoxod

                        пруф, скажем так, заимствования конструкции
                          0
                          А вообще это конструкция выглядит как развитие(?) вполне существующих шнекоходов. Только тут увеличена площадь контакта с поверхностью за счет гусеницы-оболочки.
                        0
                        Автор сильно замаскировал обычный шнековый движитель. Ключевой момент для движения девайса — большой люфт в соединениях траков.
                          0
                          может имеет смысл и разворот делать как у танка \ шнекохода?
                          2 параллельных шнека и поворот притормаживая один из них или включая реверс
                            +1
                            Так и делают. Например, шнековые вездеходы ЗиЛ-4904, ЗиЛ-29061, трактора 20-х годов прошлого века.
                              +1
                              только шнекоходы ещё могут перекатываться в сторону.
                              А эта чепушила — нет.

                              Но шнекоход не пройдёт по твёрдому покрытию. А эта — пройдёт

                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                          Самое читаемое