Наука и техника

Наука и техника / Робототехника /

Спотыкающийся прыжок в десять раз эффективнее обычного

30 октября 2012 года, 20:49 | Текст: Александр Березин

Проектируемые в Технологическом институте Джорджии (США) роботы передвигаются при помощи пресловутого пого-стика (pogo-stick), «кузнечика». А тот, как все помнят, основан на работе находящейся внутри корпуса (в данном случае робота) пружины, позволяющей, подпрыгивая, перемещаться на немалые расстояния. Столь необычное решение появилось на фоне фукусимских событий, сделавших актуальным перемещение роботов среди завалов. Впрочем, первым мини-роботам такого типа уже несколько лет:

Оптимизируя «кузнечик»-способ, разработчики проанализировали более 20 тыс. прыжков и внезапно выяснили то, о чём сообщил адъюнкт-профессор Дэниэл Голдман: «Если мы правильно фиксировали время прыжков, то наш робот может прыгать с одной десятой мощности, требуемой для прыжка в обычных условиях. И для этого надо лишь слегка подпрыгнуть перед основным прыжком. Мы получаем ту же скорость отрыва от поверхности, но "спотыкающийся" вариант дольше и тратит минимум энергии». Словом, «осечка» (мнимая) идёт механизму на пользу.

Слегка подпрыгнув на месте перед основным прыжком, движитель-«кузнечик» может резко снизить общие энергозатраты на достижение нужной высоты или длины прыжка. (Здесь и ниже иллюстрации GIT.)
Слегка подпрыгнув на месте перед основным прыжком, движитель-«кузнечик» может резко снизить общие энергозатраты на достижение нужной высоты или длины прыжка. (Здесь и ниже иллюстрации GIT.)

Продлённый прыжок, полагают его первооткрыватели, позволит роботам перемещаться на бóльшие расстояния, имея в аккумуляторах прежние объёмы энергии. При этом, в отличие от колёсных движителей, роботы с пружинными «суставами» смогут свободно перемещаться по песку, мусору, обломкам, да и вообще по любому гранулированному материалу.

Физика, стоящая за «энергоэффективными прыжками», сначала мнилась исследователям связанной с резонансом. Мол, оптимальная частота прыжков должна совпадать с частотой резонанса системы «пружина — масса» (под массой здесь понимаются остальные системы робота, размещённые выше пружины). Но на деле малозатратными оказались лишь прыжки с частотой выше и ниже резонансной. «Подготовительный прыжок» позволяет роботу снизить скорость основного прыжка при сохранении прежней высоты.

Интересно, может ли общая схема минимизации усилий с помощью предварительного подпрыгивания на месте применена к нероботизированным прыгунам?
Интересно, может ли общая схема минимизации усилий с помощью предварительного подпрыгивания на месте применена к нероботизированным прыгунам?

Хотя разработчики и говорят о десятикратном росте дальности и времени движения малых роботов, подчёркивается также, что система с небольшим предварительным и большим основным прыжками в ряде ситуаций будет несколько медленнее обычных роботов-кузнечиков. К примеру, если роботу надо увернуться от падающего обломка, логичнее прыгнуть один раз…

Г-н Голдман считает, что обнаруженное его группой может быть принято «в качестве гипотезы для биологических систем». Кузнечики и некоторые прыгающие насекомые в живой природе также имеют эластичные элементы ног, действующие при прыжке подобно пружинам; как и у разработки, длина и высота их прыжков периодически подвержена изменениям.

Отчёт об исследовании представлен в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Технологического института Джорджии.

blog comments powered by Disqus

Последние новости по теме "Робототехника":