Эллиот Хоукс (Elliot Hawkes) разрабатывает роботов, которые растут подобно растениям или прыгают выше десятиэтажного здания. Он утверждает, что будущее робототехники принадлежит не человекоподобным машинам, а узкоспециализированным мягким устройствам, способным выполнять задачи, недоступные людям.
🌿 Робот-лиана: движение через рост 2:04
Дерек Мюллер (Derek Muller) продемонстрировал устройство, которое способно увеличиваться в сотни раз, проникая через узкие зазоры и липкие поверхности . Механизм работает на сжатом воздухе и «растет» из кончика, что позволяет ему огибать острые шипы и не застревать в колесах или механизмах . Идея возникла у Эллиота Хоукса во время наблюдения за ростом комнатной лианы, которая тянулась к солнечному свету .
Технические особенности конструкции:
- Основа: воздухонепроницаемая трубка, сложенная внутрь себя (принцип «водного червяка»).
- Маневрирование: использование «искусственных мышц» или надувных сегментов из нейлона рипстоп .
- Устойчивость: робот продолжает движение даже при проколах, если поддерживается достаточное давление .
- Грузоподъемность: при давлении в 0,1 атмосферы надувная подушка площадью один квадратный метр поднимает до 1000 кг .
Устройство уже применялось в археологических исследованиях в Перу для изучения узких шахт храма, построенного между 1500 и 500 годами до н. э. . В медицине миниатюрная версия робота используется для быстрой интубации пациентов . В испытаниях с участием парамедиков устройство обеспечило 90% успеха при введении трубки всего за 20 секунд .
🚀 Рекордные прыжки и «умножение работы» 20:24
Крошечный робот весом 30 граммов установил мировой рекорд, подпрыгнув на 31 метр . Это достижение почти в десять раз превышает предыдущий результат в 3,7 метра. На Луне, при силе тяжести в одну шестую земной, такое устройство способно подпрыгнуть на 125 метров в высоту и переместиться на полкилометра вперед .
Ключевые факторы эффективности:
- Материалы: Гибридная пружина из углеродного волокна и натурального латекса, способного запасать до 7000 джоулей на килограмм .
- Вес: Использование сверхлегкого мотора и аккумулятора; сама структура корпуса служит пружиной .
- Умножение работы (Work multiplication): В отличие от животных, которые используют разовое сокращение мышц, робот накапливает энергию от множества оборотов двигателя в течение минуты .
В момент старта робот разгоняется до 100 км/ч за 9 миллисекунд, испытывая ускорение в 300 G . Эллиот Хоукс отметил, что создание устройства заняло годы из-за постоянных поломок углеродного волокна при работе на пределе прочности материалов . Сейчас ученый работает над новым проектом прыгающего робота без использования пружин .
🐁 Micromouse: «Формула-1» среди лабиринтов 38:26
Соревнования Micromouse проводятся с 1977 года, оставаясь старейшим в мире конкурсом робототехники . Робот должен быть полностью автономным и найти центр лабиринта размером 3 на 3 метра в кратчайшие сроки . Современные «мыши» проходят лабиринт менее чем за 6 секунд .
Эволюция технологий в Micromouse:
- Алгоритм Flood-fill: Робот строит «оптимистичную» карту без стен, обновляя её при столкновениях и рассчитывая кратчайший путь по числовым значениям ячеек .
- Дигонали: Внедрение диагонального движения (впервые в модели Mitee 3) позволило превратить ломаный путь в одну прямую линию .
- Вакуумная прижимная сила: Использование пропеллеров (как в модели Mokomo08) создает прижимную силу, в пять раз превышающую вес робота . Это позволяет проходить повороты с ускорением до 6 G .
Победитель 2017 года, робот Red Comet, выбрал путь на 5,5 метров длиннее кратчайшего, так как алгоритм рассчитал, что меньшее количество поворотов позволит развить более высокую среднюю скорость .
🏗️ Гибкие механизмы и безопасность ядерного оружия 1:04:24
Профессор Хауэлл (Howell) разрабатывает «податливые механизмы» (compliant mechanisms), которые обеспечивают движение за счет изгиба материала, а не за счет шарниров . Эти устройства не имеют люфтов, не требуют смазки и могут изготавливаться как единая деталь .
Примеры применения:
- Ядерная безопасность: Правительство США использует такие механизмы для блокировки ядерных боеголовок. Отсутствие подвижных деталей исключает случайное срабатывание от вибраций или землетрясений .
- Микроэлектроника: Переключатели, вытравленные на кремниевых чипах методами фотолитографии .
- Космос: 3D-печатные титановые детали от NASA, способные изгибаться на 180 градусов, заменяя подшипники в солнечных панелях .
Титановый привод для маневровых двигателей спутников позволяет одному соплу выполнять работу двух за счет точного изменения угла наклона всей конструкции .
🎈 Изопериметрические мягкие роботы 1:16:26
Зак Хэммонд (Zach Hammond) из Стэнфорда продемонстрировал роботов, состоящих из надувных тканевых трубок, соединенных моторами и роликами . Устройства могут кардинально менять форму: становиться высокими для обхода препятствий или плоскими для проезда под ними .
Особенности «колбасных» роботов:
- Безопасность: Мягкая структура исключает травмы при столкновении с человеком .
- Постоянный периметр: Суммарная длина всех ребер робота остается неизменной (принцип изопериметрии) .
- Транспортировка: Робот в сдутом состоянии занимает минимальный объем, что критически важно для отправки грузов ракетами .
- Автономность без электроники: Существуют версии, где логические цепи полностью пневматические, что позволяет работать в условиях сильных магнитных полей МРТ или во взрывоопасных шахтах .
В отличие от жестких систем Boston Dynamics, мягкие роботы лучше адаптируются к неровностям поверхности, буквально обтекая камни и предметы при захвате .
