В новаторском исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, группа исследователей, в которую входят профессор Станислав Н. Горб из Института зоологии Кильского университета и китайские ученые, представила нового робота, созданного по образу китайского рисового кузнечика Oxya chinensis. Благодаря этой робототехнической инновации, робот сможет выполнять водные акробатические трюки, такие как плавание и прыжки по воде — подвиг, имитирующий естественные способности кузнечика. Эта адаптация к роботу-змееподобному существу может считаться одним из величайших достижений в области робототехники, поскольку она обладает потенциалом для работы на самых разных типах местности.
Революция в робототехнике с помощью замысла природы
Именно это и хочет выяснить группа биологов, материаловедов и специалистов по бионике: они давно черпают вдохновение в выдающихся способностях животных для потенциального применения в технологиях.
Их предыдущие работы: роботизированные манипуляторы, вдохновленные насекомыми и клейкой пленкой, чем-то напоминающие липкие многоногие конечности насекомых, пауков и гекконов. Их последняя разработка — попытка продолжить исследование в малоизученной области — своеобразном передвижении по воде, которое осуществляет китайский рисовый кузнечик.
В ходе эксперимента изучалось движение кузнечика с использованием 15 особей в стеклянном резервуаре с водой. Ученые использовали высокоскоростные камеры для описания этих водных трюков, наблюдая и записывая механизмы 48 прыжков и 54 попыток плавания кузнечика.
Научное обоснование этого скачка
Ключ к удивительным способностям кузнечика кроется в сочетании статических и динамических сил. Исследование показало, что одинаковое количество гидростатического давления поддерживает вес его тела в соответствии с массой, в то время как гидродинамическое движение тела обеспечивается взаимодействием между кончиками конечностей и водой. Этот двойной механизм позволяет кузнечикам беспрепятственно плавать или выпрыгивать из воды, демонстрируя синергию плавучести и движения, не имеющую аналогов в робототехнике.
Новая стратегия привода для робототехники
Большинство традиционных моделей робототехники сосредоточены либо на поверхностном натяжении, либо на динамических движениях конечностей для передвижения в воде, и каждая из них имеет свои недостатки. Из двух моделей движение, основанное на поверхностном натяжении, требует сверхгидрофобных поверхностей, которые трудно воспроизвести в крупных роботах. Высокое энергопотребление является характерной чертой второй модели, то есть динамики движений конечностей. Китайский рисовый кузнечик делает это по-новому: он сочетает использование статических гидросил для поддержания веса и динамических движений для движения.
Гджсон и его команда позаимствовали идею из этой природной модели, создав робота, имитирующего передвижение кузнечика в воде. Конструкция роботов делает их очень эффективными для плавания и прыжков на поверхность воды с помощью управления скоростью конечностей. Этот прорыв может открыть совершенно новый жанр робототехники для навигации в сложных условиях, от спасательных операций в затопленных местах обитания до экологического мониторинга речных систем нашей планеты.
Последствия и направления дальнейших исследований
Это открывает неисчерпаемый потенциал в области биоинспирированной робототехники и новые пути для технологических инноваций. Возможности имитации передвижения в воде в роботизированной форме действительно изменят наше представление о дизайне и функциональности робототехники, создавая более универсальные и энергосберегающие машины.
По мере того, как команда продолжает совершенствовать свой прототип, возможности его применения становятся все более широкими. Его влияние простирается от улучшения поисково-спасательных операций в труднодоступных районах до помощи в раскрытии новых тайн водной жизни. В этом смысле, это предварительный показ того, что ждет робототехнику, вдохновленную природой, в будущем. В целом, сотрудничество команды профессора Станисон Н. Горба с группой исследователей из Китая привело к созданию очень интересного биоинспирированного робота, способного выполнять потрясающие водные акробатические трюки. Эта технология выводит робототехнику на новый уровень, черпая вдохновение из химико-физических движений гениального передвижения китайского рисового кузнечика и добавляя к этому эстетическую ценность.
