Подводные конструкции, способные динамически менять свою форму, как это делают рыбы, способны перемещаться в воде эффективнее, чем обычные жесткие. Но создание деформируемых устройств, способных менять форму своего тела, долгий и трудный процесс. Например, разработанный в MIT RoboTuna состоял примерно из 3 000 различных деталей и на его создание ушло около 2 лет.
Теперь исследователи из MIT и их коллеги предложили инновационный подход к созданию деформируемых подводных роботов, используя простые повторяющиеся субструктуры вместо уникальных компонентов. Команда продемонстрировала новую систему в двух различных конфигурациях, одна из которых напоминает змею, а другая крыло. По словам исследователей, принцип допускает практически неограниченные вариации формы и масштаба.
Работа опубликована в журнале Soft Robotics. Новая модульная система, предложенная исследователями, может быть легко расширена до более крупных размеров, не требуя при этом такой перестройки и перепроектирования, которые необходимы для расширения существующих систем.
"Масштабируемость - наша сильная сторона", - говорит Парра Рубио, научный сотрудник MIT. По его словам, учитывая низкую плотность и высокую жесткость решетчатых элементов, называемых вокселями, из которых состоит их система, "у нас есть больше возможностей для дальнейшего расширения", в то время как большинство используемых в настоящее время технологий "основаны на материалах высокой плотности и сталкиваются с серьезными проблемами" при переходе к большим размерам.
В одном из устройств, созданных командой, воксели прикреплены друг к другу в длинный ряд, образуя метровую змееподобную структуру. Тело состоит из четырех сегментов, каждый из которых состоит из пяти вокселей, с приводом в центре, который может тянуть за провод, прикрепленный к каждому из двух вокселей с каждой стороны, сжимая их и заставляя структуру изгибаться. Вся конструкция из 20 блоков покрывается реброподобной опорной структурой, а затем плотно прилегающей водонепроницаемой неопреновой тканью. Исследователи протестировали конструкцию в опытовом бассейне института, чтобы показать ее эффективность в воде, и продемонстрировали, что она действительно способна генерировать тягу, достаточную для движения вперед с помощью волнообразных движений.
"Ранее уже существовало множество змееподобных роботов, - говорит Нил Гершенфельд, руководитель Центра битов и атомов MIT. - Но они, как правило, состояли из отдельных компонентов, в отличие от этих простых строительных блоков, которые можно масштабировать".
Например, говорит Парра Рубио, змееподобный робот, построенный НАСА, состоял из тысяч уникальных деталей, в то время как их змея "состоит из 60 деталей". По сравнению с двумя годами, потраченными на проектирование и создание MIT RoboTuna, это устройство было собрано примерно за два дня.
Другое устройство, которое они продемонстрировали было крыло, состоящее из массива тех же вокселей, способное изменять форму профиля и, таким образом, контролировать соотношение подъемной силы к тяге и другие свойства крыла. Такие формы могут быть использованы для различных целей, начиная от выработки энергии из волн и заканчивая повышением эффективности корпусов кораблей. Крыло, в отличие от змеи, покрыта массивом наложенных друг на друга плиток, похожих на чешуйки, которые прижимаются друг к другу для сохранения водонепроницаемой герметичности даже при изменении кривизны крыла. В конечном итоге эта концепция может быть применена к китоподобному подводному аппарату, использующему морфологическую форму тела для создания движущей силы.
Концепция может быть применена и к другим судам, например, к гоночным яхтам, где наличие киля или руля, который может плавно изгибаться во время поворота может дать дополнительное преимущество. По словам исследователей, это поможет "проходить поворот гораздо эффективнее".
Комментарии
(0) Добавить комментарий