Създаден е робот за ходене по пясък

Технологии

Mac забавя

Специален робот, предназначен да се движи през пясъка, помогна да се разбере най-сложната физика на този процес. Копиран от хлебарки и гущери, SandBot се разхожда над маково семе само два пъти по-бавно, отколкото на твърда повърхност. Но използвайки неговия пример, учените са установили как оптималната скорост на движение зависи от това колко е рохкава почвата.

Жителите на крайбрежните градове обичат да правят сутрешен джогинг по плажовете, не само от естетически съображения, но и от допълнителен стрес. Много по-трудно е да бягате тук - освен ако, разбира се, не сте хитър, избирайки плътния мокър пясък, от който вълната току-що е избягала. Колесните превозни средства, дори SUV или ATV, които са толкова популярни на отглеждащите дюни, също не винаги се справят с пясъка, понякога се забиват по самата ос в рохкава почва.

В това отношение не е по-лесно за различни роботи. И няма къде да отидете, ако например сте роувър и сте седнали не на замръзналата земя близо до полюса, като вашия неподвижен брат Финикс, а някъде в екватора, на равнините, покрити с фин червен пясък. Така че същият Дух и Възможност трябва, както веднъж "Луноходът" трябваше да се движи с охлюви. Гордостта на американската програма Марс има крейсерска скорост от 2 см/сек (72 метра в час), а максималната скорост е малко по-висока. Те биха могли да се опитат да вървят по-бързо, само вероятността да затънат е голяма. И как да се намери баланс между „по-бързо“ и „по-надеждно“, никой не знае.

Учени, водени от Даниел Голдман от Северозападния университет в Илинойс, САЩ, създават робот Sandbot, който може да се движи бързо по пясък.

И след една година експерименти с този робот "на половин ходене", те представиха подробна информация на страниците на Сборника на Националната академия на науките. описание - как се движи устройството и как се движи насипният материал, по който върви. В тези наблюдения има много храна за умовете на разработчиците на бъдещи лунни, Марсови и, да речем, титанови ровери - както и земни роботи, предназначени да работят в пустини или в снега.

И все пак SandBot не може да се нарече ходещ робот. Въпреки че той повдига последователно едната или другите три от своите "лапи", те все още са здраво закрепени на шест оси с индивидуално задвижване към всяка. Самите "лапи" приличат на гигантски запетаи - това са С-образни дъги на кръг, които обаче се въртят не около центъра на кривината си, а около "копчето" в горния край на буквата "С" - начина, по който бихте го написали с мастило. Всъщност това са ексцентрични колела, само излишният материал върху тях, който все още никога не би докоснал земята по време на нормален курс, се отстранява. Разработчиците с гордост заявяват, че SandBot е най-лекият от роботите в своя клас, с дължина около 30 см, тежи само 2,3 кг.

Учените шпионираха хлебарки и гущери, за да ходят за своя робот.

От първия SandBot пое "триалога". Във всеки един момент роботът се опира на три „крака“ - да речем, отпред и отзад от лявата страна на тялото и средата отдясно. С завъртането на колелата, страните сменят местата си: поради ексцентричното положение на центъра на въртене на дъгата, стоящите дъги се издигат, а тези, които са висяли във въздуха, падат и сега вдясно има две опори, и един отляво. Триногата, както е известно поне от времето на Евклид, е стабилна конструкция, така че роботът постоянно стои уверено на краката си.

Поради същото ексцентрично положение, скоростта на въртене на колелата трябва да се промени, така че докато трите лапи се повдигнат от повърхността, останалите три да имат време да се спуснат върху нея. Следователно колелата се въртят малко по-бързо, докато са във въздуха, и малко по-бавно, докато стоят на земята. Пустинните гущери се държат така.

На твърда повърхност роботът достига скорост от 60 см/сек. Учените обаче не предложиха нищо революционно тук - всъщност SandBot се вози на колела, просто тризнаците им постоянно се сменят, а роботът се върти от една страна на друга. Наистина интересните неща започват, когато уредът удари пясъка. Тук учените успяха да постигнат скорост от 30 см/сек - само половината от скоростта на твърдата земя.

Изключително трудно е теоретично да се изследва движението върху хлабави повърхности, тъй като пясъкът например може да се държи както като твърдо вещество, така и като течност, освен това е доста сгъстимо. Следователно, основният напредък в тази област на технологията идва от подробни наблюдения на реални устройства. Между другото, когато се изследват подробно на молекулярно ниво, течностите наподобяват един и същ пясък, така че проучванията на роботи, ходещи по пясък, могат да бъдат полезни в бъдеще за създателите на всякакви наноботове, които ще трябва да се движат по различни повърхности.

За Голдман и неговите колеги арената беше кутия от плексиглас 2,5 м на 0,5 м, покрита с маково семе на дълбочина 20 см. Между другото, четвърт кубичен метър, или няколко центнера сладкарски мак. Само в толкова много малки черни зърна морфин ще има половин чаша; как Голдман и колегите му са използвали целия този мак след експерименти, не се съобщава в статията. Мак се опираше на пореста пластмаса, през която въздухът може да се издухва с определена скорост. Така че учените контролират така наречения „фактор на пълнене“ - дела на обема, зает от самите зърна (останалото е въздух). Учените варираха коефициента на пълнене φ в диапазона, типичен за сухия пясък - от около 0,58 до 0,64.

Разхождайте се и плувайте

Съотношението на коефициента на запълване към скоростта на колелото се оказа ключово при определяне на скоростта на SandBot. Човек трябва само леко да разхлаби зърната, намалявайки фактора на пълнене от 0,62 на 0,61 и скоростта на движение спада десетократно. И по същия начин за всяка стойност на φ има своя собствена ограничителна скорост, която е по-малка, колкото по-хлабав е пясъкът: надвишавайте го само с процент и роботът практически се изправя, превключвайки от режим "ходене" на режимът "плуване".

В режим "разходка" SandBot има много важно предимство пред конвенционалните автомобили. Поради променливата скорост на въртене на колелата, всяка от лапите навлиза в маковия пясък относително бавно и има време да го смачка леко, преди да продължи да се движи в образуваната дупка. По този начин той почива върху една конкретна точка на сводестата си лапа - всъщност се получава истинска стъпка. Конвенционалните автомобили с неексцентрични колела са неспособни за това.

Но преминаването в режим "плуване" се случва поради факта, че лапите започват да се плъзгат спрямо повърхността и не възниква фиксирана точка на опора на лапата. Тук дори центърът на въртене на лапата се измества от точката на нейното закрепване към оста към геометричния център на кръга, дъгата, който тя описва. И сега това вече не е никакво предимство пред конвенционалните машини - SandBot се изплъзва.

По прашни пътеки

Учените се надяват, че ясната физическа картина на това, което се случва при превключване от един режим на друг, ще помогне да се разработят роботи, които няма да заседнат в пясъка. Може би бъдещите роувъри ще бъдат оборудвани със специални сензори, които ще определят коефициента на запълване на всеки нов участък от пясъчната повърхност и въз основа на тази информация ще изберат оптималната скорост - малко по-бавна от границата, последвана от прехода към " плаващ "режим.

Вярно е, че докато няма пълноценна теория за превключване на режимите, зависимостта на ограничаващата скорост от свойствата на пясъка ще трябва да се калибрира индивидуално за всяко ново устройство. Да се надяваме, че докато бъде създадено ново поколение марсоходи, ще бъде създадена такава теория.