Роботы-шагоходы
Делимся мыслями инженеров по поводу воспроизведения привычных нам, кожаным мешкам, движений нашими железными друзьями.
Священный грааль робототехники
Какими бы привычными и простыми нам не казались шаги, на самом деле это продуманный природой механизм перемещения по земной поверхности, и он, как и многие природные механизмы, изящен и эффективен. Повторение роботом легкой походки человека, идущего домой в пятницу, давалось ученым достаточно тяжело до тех пор, пока не произошел нынешний расцвет технологий - появились роботы Boston Dynamics, китайские производители, даже вольные любители робототехники получили доступ ко всем необходимым ресурсам и мировому сообществу единомышленников.
Роботов усердно пытались проектировать еще в девятнадцатом веке - конструкции шагоходов были достаточно примитивные и основаны на рычагах, но, тем не менее, это все-таки были первые шагоходы. С появлением двигателей внутренних сгорания и топлива к ним, руки ошалелых инженеров окончательно были развязаны - множество бесполезных, но очень смешных, и, главное - шагающих железяк было создано любителями со всего света.
Изображение ниже знакомит читателя с творением финнов - комбайном для лесных работ Plusjack Walking Harvester. Движения его похожи на муравьиные, а нужен он за тем, чтобы заниматься работами по лесу непосредственно в лесной гуще, не испытывая проблем с проходимостью. Изобретение оказалось полезным, но слишком странным и дальше трех моделей производство не пошло.
Экзоскелет Prosthesis
Разработчик трудился над этой идеей в течение десяти лет и в итоге создал экзоскелет — робот-шагоход, движения которого имитируют движения его хозяина. Используется он в развлекательных целях, но все равно очень любопытный.
Кажется, автор вдохновлялся старыми фильмами про роботов, аниме в стиле меха и терминатором…
Оба робота, которые были упомянуты, активно используют гидравлику, отчего считаются очень медленными. Понятно, что для некоторых целей робот должен быть гораздо более маневренным и скоростным. Но и гидравлика не так проста — робот BigDog может метнуться кабанчиком благодаря мощному (целых 15 лошадиных сил!) двигателю, приводящему в движение гидравлический насос с большой скоростью прокачки жидкости.
А на войне как на тебе
BigDog и его младшие братья на самом деле — военные разработки Пентагона. Они были признаны слишком затратными после создания механического мула для перевозки грузов. Раз уж даже Пентагону сложно поддерживать разработку, что делать простым частным конторам, которые не принадлежат Илону Маску?
Гидравлика оказывается и тяжелой, и достаточной дорогой в установке и разработке, поэтому в качестве альтернативы были рассмотрены простые и эффективные пневматические системы. Им наши очень широкое применение во множестве механизмов, самый понятный пример — двери нашего общественного транспорта. Только в робототехнических системах пневматика чувствует себя не очень комфортно из-за недостатка мощности. Отдельные умельцы создали андроида с пневматическими мускулами.
В общем-то, из разнообразия представленных решений и особенной дикости некоторых становится ясным, что одна из краеугольных задач робототехники — правильная передача движения, сообщение импульсов, перенос и выработка энергии там, где нужно, куда нужно и когда нужно.
В случае с шагоходами, которые, например, должны быть достаточно мощными с прицелом на поднятие тяжестей или просто людей, есть идея применения линейных двигателей внутреннего сгорания. Они достаточно компактные и используют для работы энергию разогретых газов.
Сапоги-скороходы ускоряют прогресс
Российские конструкторы создали устройства на линейных двигателях — они находятся прямо у вас на ноге. Цилиндры располагаются под подошвой, в них впрыскивается топливо, которое загорается от давления при шаге. Как ни странно, это, в принципе, безопасно. Расход топлива не превышает 150 граммов в час, а бежать в магазин вечером можно со скоростью до тридцати километров в час. При этом нагрузка на ноги бегущего по оценкам сокращается вплоть до семидесяти процентов.
Такой механизм используется в различных видах техники и выглядит достаточно перспективным для робототехники — решается проблема передачи движения и энергии, потому что двигатель можно интегрировать прямо в ногу устройства. В сумме несколько двигателей дают достаточно мощную систему, нужен только начальный импульс, который может быть сообщен с помощью пневматического привода, а дальше робот будет гордо шагать вперед самостоятельно.
В заключение можно сказать, что идея роботов шагоходов живет и развивается, но реализовать простейший для человека механизм передвижения в приличном виде для роботов, оказывается, достаточно сложная задача!