Революция в робототехнике: прорывной робот, вдохновленный китайской рисовой саранчой

В пионерском исследовании, опубликованном в «Трудах Национальной академии наук», команда во главе с профессором Станиславом Н. Горбом из Института зоологии Кильского университета и исследователями из Китая представила нового робота, вдохновленного китайской рисовой саранчой (Oxya chinensis). Используя эту робототехническую инновацию, он сможет выполнять водные акробатические трюки, такие как плавание и прыжки по водной поверхности, — достижение, имитирующее естественные способности саранчи. Эта адаптация змеевидного робота может считаться одним из великих достижений в области передовой робототехники, поскольку она имеет потенциал применения на различных типах местности.

Революция в робототехнике с использованием природных решений 

Именно это и хотят выяснить группа биологов, материаловедов и специалистов по бионике: уже давно они черпают вдохновение из выдающихся способностей животных для потенциального применения в технологиях.

Их предыдущие работы: роботизированные руки, вдохновленные насекомыми, и адгезивная пленка, немного похожая на липкие многоногие придатки насекомых, пауков и гекконов. Их последнее усилие — попытка продолжить изучение довольно малоизученной области — особого способа передвижения по воде, осуществляемого китайской рисовой саранчой.

Эксперимент изучал движение саранчи с использованием 15 особей в аквариуме с водой. Ученые использовали высокоскоростные камеры для описания этих водных акробатических трюков, наблюдая и записывая механизмы 48 попыток прыжка и 54 попытки плавания саранчи. 

Наука за прыжком

Ключ к удивительным способностям саранчи заключается в сочетании статических и динамических сил. Исследование показало, что равные объемы гидростатического давления поддерживают вес их тела в соответствии с массой, тогда как гидродинамическое движение тела поддерживается взаимодействиями, происходящими между апикальными концами их конечностей и водой. Этот двойной механизм позволяет саранче бесшовно плавать или выпрыгивать из воды, демонстрируя синергию плавучести и тяги, не имеющую аналогов в робототехническом дизайне.

Новая стратегия привода для робототехники

 Большинство этих традиционных робототехнических моделей фокусировались либо на поверхностном натяжении, либо на динамике конечностей для водного перемещения, каждая со своими недостатками. Из двух моделей движение, основанное на поверхностном натяжении, требует супергидрофобных поверхностей, которые трудно воспроизвести в крупных роботах. Высокое энергопотребление является характеристикой второй модели, то есть динамики конечностей. Китайская рисовая саранча делает это новым способом: она сочетает использование статических гидродинамических сил для поддержки веса и динамических движений для тяги. 

Горб и его команда позаимствовали этот природный чертеж при создании робота, имитирующего водное перемещение саранчи. Дизайн роботов делает их очень эффективными для плавания и прыжков по водной поверхности с управлением с помощью контроля скорости конечностей. Этот прорыв может принести совершенно новый жанр робототехники для навигации в сложных условиях, от спасательных операций в затопленных районах до экологического мониторинга речных систем нашей планеты.

Последствия и будущие направления

Это раскрывает неисчислимый потенциал в области биовдохновленной робототехники и открывает новые пути для технологических инноваций. Эти способности имитации водного перемещения в роботизированной форме действительно изменят то, как мы видим дизайн и функциональность в робототехнике, приводя к созданию более универсальных и энергоэффективных машин. 

По мере того как команда продолжает совершенствовать свой прототип, возможности для применения огромны. Его влияние распространяется от улучшенных поисково-спасательных миссий в сложных условиях до помощи в раскрытии новых секретов о водной жизни. В этом смысле это показывает предварительный просмотр того, что ждет биовдохновленную робототехнику в будущем. В целом, сотрудничество команды профессора Станислава Н. Горба с группой исследователей из Китая привело к созданию очень интересного биовдохновленного робота, способного выполнять потрясающие водные акробатические трюки. Эта технология продвигает робототехнику на шаг вперед, черпая вдохновение в хемо-физических движениях изобретательного перемещения китайской рисовой саранчи и добавляя к этому эстетическую ценность.