Подавляющее большинство насекомых, за редкими исключениями, являются достаточно маленькими для того, чтобы иметь возможность забираться в самые труднодоступные места. Именно это побуждает ученых-робототехников разрабатывать роботов-насекомых, но все, что им удавалось создать до последнего времени, имеет достаточно большие размеры, сопоставимые с размерами гигантских жуков и бабочек. Однако, для того, чтобы иметь возможность действовать подобно их живым прототипам, роботам-насекомым требуются гораздо меньшие размеры.
На Международной конференции IEEE по вопросам робототехники и автоматизации (IEEE International Conference on Robotics and Automation) ICRA 2016 Райан Ст Пьер (Ryan St. Pierre) и профессор Сара Бергбрейтер (Sarah Bergbreiter) из университета Мэриленда представили четвероногого робота, которого можно назвать самым маленьким и самым легким роботом на сегодняшний день. Сейчас вес этого робота уже не превышает 2 граммов, но все это является только началом и в будущем исследователи планируют сделать его еще меньше и легче.
Подобные роботы, размеры которых сопоставимы с размерами монеты, уже существуют на белом свете достаточно давно. В 2009 году специалисты из Калифорнийского университета в Беркли создали первый прототип робота Robotic Autonomous Crawling Hexapod (RoACH), 6-ногого «бегуна», вес которого равнялся 2.4 граммам. Через несколько лет исследователи из Гарварда создали свой вариант, робота Harvard Ambulatory MicroRobot (HAMR), вес которого составлял уже 1.7 грамма. Но все эти роботы были созданы лишь с экспериментальными целями и динамика их движения весьма далека от динамики движения живых насекомых.
Изначально исследователи из Мэриленда пытались создать уменьшенную копию шестиногого робота RHex, уникальность которого заключается в том, что каждая из его ног имеет отдельную систему управления, что позволяет ему перемещаться весьма экзотическими способами. Однако, крошечная копия робота RHex не заработала должным образом, при таком уровне миниатюризации исследователям не удалось реализовать раздельное управление ногами робота должным образом. Это вынудило исследователей уменьшить количество ног до четырех.
Получившийся робот имеет размер порядка 20 миллиметров при толщине 5.6 миллиметра и весе 1.6 грамма. Естественно, что при таких размерах и весе никакой речи не идет об наличии у него собственной аккумуляторной батареи и двигателей. Роль всего этого играют крошечные 2-миллиметровые неодимовые магниты, которые начинают вращаться под воздействием внешнего магнитного поля. Каждый из магнитов имеет свою собственную ориентацию в пространстве и путем изменения параметров магнитного поля можно добиться реализации одновременного и раздельного управления движением каждой ноги робота.
Во время испытаний частота магнитного поля составляла 10 Гц, при этом робот смог развить скорость 78 миллиметров в секунду, что равно четырем длинам его корпуса в секунду. Варьируя различные типы «походки», исследователи нашли комбинации, обеспечивающие максимальную эффективность передвижения робота по ровной поверхности и по сложной поверхности специального «полигона», напечатанного, как и сам робот, на 3D-принтере.
Преимуществами выбранного исследователями подхода является достаточно простая реализация управления и переключения между различными видами ходьбы этого крошечного механизма. Кроме этого, появление трехмерных принтеров, способных печатать различными типами материалов, позволит дать роботу дополнительные «органы», которые он сможет использовать для выполнения полезных действий. Простота производства позволит в случае необходимости быстро изготовить целую «армию» крошечных роботов, которые совместными усилиями смогут «свернуть горы».
«Задача сделать робота как можно меньших размеров всегда являлась и является сейчас одной из самых интересных. В настоящее время мы работаем над созданием подобного робота, размер которого будет равен всего 2.5 миллиметра, на порядок меньше, чем размер робота, представленного на конференции ICRA» — рассказывает Райан Ст Пьер, — «Такие роботы смогут проникать в самые труднодоступные места, хотя их функциональность будет несколько ниже, нежели функциональность их более крупных собратьев».
Источник:
