Американские инженеры создали робота, структура и механизмы движения которого напоминают таковые в морских ежах. На его поверхности установлены трубки, напоминающие ножки морских ежей, и позволяющие роботу цепляться за поверхность, а также искусственные аналоги игл, с помощью которых он может отталкиваться и поворачиваться. Разработка была представлена на конференции IROS 2019, статья с ее описанием опубликована в IEEE Robotics and Automation Letters.
Отметим, что морские ежи используют для передвижения необычный механизм. Их главные органы движения — это амбулакральные ножки, представляющие собой сильно вытянутые трубки с более широкой присоской на конце. Для передвижения ежи накачивают в ножки воду и тем самым увеличивают их длину. После контакта с поверхностью ножка прикрепляется к ней благодаря выделению клейкого вещества. Если ножку необходимо открепить от поверхности, вещество растворяется при помощи другого фермента. Кроме того, при необходимости морской еж может подталкивать или поворачивать себя с помощью подвижных игл.
Инженеры из Гарвардского университета создали робота, оснащенного искусственными аналогами ножек и игл морских ежей. За основу они взяли строение молодых морских ежей, которое в основном отличается разветвленной формой игл. Робот выполнен в виде полусферы диаметром 23 см, собранной из пяти равных сегментов. В каждом из сегментов установлено по две иглы, одна из которых имеет разветвленную форму, а вторая более гладкую (функционально они не различаются, это лишь своего рода «дань» строению настоящих морских ежей со стороны инженеров). Каждая игла установлена на основание из трех надуваемых элементов, которые при подаче давления удлиняются и заставляют иглу поворачиваться в ту или иную сторону.
Помимо игл в каждом сегменте установлено по одной полой гофрированной ножке, состоящей из эластомера. На конце ножки расположен магнит, причем он установлен таким образом, что изначально располагается внутри, а при достижении порогового давления выдвигается наружу. Инженеры использовали магниты в качестве альтернативы химическому связыванию с поверхностью. Однако это накладывает на робота ограничение: он может передвигаться только по ферромагнитным поверхностям.
Для управления иглами и ножками в корпусе робота установлено два насоса, работающих с воздухом или водой, а также восемь клапанов. Пять из них используются для индивидуального управления каждой ножкой, а остальные три подсоединены к одному из трех надуваемых элементов игл, поэтому все иглы в роботе двигаются одновременно. Электронные компоненты, отвечающие за перемещение робота, а также аккумулятор, обеспечивающий устройство энергией, также расположены внутри корпуса.
Инженеры провели эксперименты и сравнили скорость передвижения робота с настоящими ежами. За один цикл движения продолжительностью десять секунд он способен передвинуться на шесть сантиметров. Это соответствует 0,027 длинам тела в секунду, что примерно в два раза меньше, чем у настоящих взрослых особей морских ежей.
В дальнейшем специалисты собираются усовершенствовать робота, оборудовав его достаточным числом актуаторов для того, чтобы он мог управлять иглами независимо.
По мнению исследователей, в будущем такого рода роботы, несмотря на относительно низкую скорость передвижения, могут пригодиться при выполнении подводных инспекционных и очистных работ в условиях сильного загрязнения, не позволяющего задействовать другие роботизированные устройства. Кроме того, оснащение некоторыми механизмами, реализованными в морском робоеже, других подводных роботов потенциально может повысить эффективность последних.
Источник: N+1