Достаточно часто бывает, что за очень скромными габаритами каких-нибудь механизмов и устройств скрывается невообразимая сила и мощь. Подтверждением тому служат несколько крошечных роботов, способных буксировать предметы, вес которых в сотни и тысячи раз превышает их собственный вес. И эти роботы, созданные исследователями-робототехниками из Стэнфордского университета, станут центральными экспонатами стенда университета на выставке Международной конференции по вопросам робототехники и автоматизации (International Conference on Robotics and Automation, ICRA 2015), которая будет проходить в следующем месяце в Сиэтле, Вашингтон.
Ключевой компонент этих роботов находится в их конечностях, конструкция которых скопирована со строения конечностей гекконов. Поверхность конечностей роботов покрыта специальными резиновыми пластырями, усеянными микроскопическими резиновыми шипами. Когда пластырь прикладывается к поверхности и на него оказывается вертикальное давление и продольное усилие, шипы изгибаются, увеличивая во много раз площадь контакта с поверхностью. А когда робот тянет свою конечность вперед, то шипы распрямляются и конечность без проблем отделяется даже от вертикальной поверхности.
Крошечные могучие роботы перемещаются способом, который также позаимствован у живой природы. Подобно гусенице, часть которой при перемещении находится в контакте с поверхностью, одна или две конечности робота всегда прикреплены к поверхности и удерживают на себе вес груза. Такой подход позволяет роботу совершать шаги, практически не затрачивая на это энергии, которая почти полностью расходуется на перемещение груза.
Не тратя свою энергию впустую, роботы обладают внушительной мощностью. В начале приведенного ниже видеоролика робот, весом всего в 9 грамм, поднимает по вертикальной поверхности груз, вес которого превышает один килограмм. Примечательно то, что в роли этого груза выступает робот StickyBot, первый робот, построенный в Стэнфордском университете в 2006 году, в конструкции которого использованы элементы строения тела геккона.
Еще один крошечный робот, вес которого составляет всего 20 миллиграммов, может поднимать канцелярскую скрепку, весом в 500 миллиграммов. Этот робот так мал, что инженеру Эллиоту Хоксу (Elliot Hawkes) пришлось использовать микроскоп, пинцет и другие тонкие инструменты для изготовления деталей и окончательной сборки этого робота.
Но самой внушительной силой обладает робот-ползун под названием uTug. Он весит сам всего 12 грамм, но способен тянуть груз, вес которого в 2 тысячи раз превышает его собственный вес. "Это походит на то, если обычный человек будет пытаться тянуть голубого кита" - рассказывает Дэвид Кристенсен (David Christensen), один из инженеров, принимавший участие в изготовлении роботов.
В будущем, считают исследователи, роботы подобной конструкции могут оказаться очень полезны для перемещения тяжестей на строительных площадках или на промышленных производствах. Однако, они могут оказать неоценимую помощь и при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций разного рода, к примеру, доставить конец веревки или лестницы человеку, пойманному в ловушку в горящем здании. Но для реализации подобного инженерам потребуется научиться производить резиновые пластыри большей площади, которые будут крепиться на конечностях больших и еще более мощных роботов.
Недавно, стэнфордские исследователи продемонстрировали всем, чего можно добиться, правильно скоординировав действия крошечных машин. Группа из шести роботов Micro-Tug, каждый из которых весит чуть меньше 100 грамм (3.5 унции), способна сдвинуть с места автомобиль, весом 1770 килограмм (3900 фунтов).
В основе совместных действий роботов Micro-Tug лежит математическая модель поведения муравьев при выполнении совместных действий. Оказывается, что для того, чтобы переместит тяжелые и объемные предметы, муравьи, объединившись в группу, используют особую последовательность движений, в которой задействованы одновременно три из шести конечностей каждого насекомого.
Используя вышеупомянутый принцип, стэнфордские исследователи внесли необходимые изменения в программу управления роботом для того, чтобы они оказались способны с высокой точностью синхронизировать свои шаги, используя при этом, строго определенную комбинацию движений их конечностей. Каждый такой синхронный шаг позволяет роботам развить достаточно большое усилие, гораздо большее, чем просо усилие, развиваемое одним роботом, помноженное на количество роботов в группе. Таким образом, совместные усилия группы позволяют им "свернуть горы" в буквальном смысле.
На приведенном ниже видеоролике можно увидеть, как совместные усилия группы роботов позволяют им сдвинуть с места и тянуть автомобиль. "Эти усилия, с точки зрения сохранения пропорций, эквивалентны усилиям шести человек, пытающихся сдвинуть с места Эйфелеву башню или три Статуи Свободы сразу" - рассказывает Дэвид Кристенсен (David Christensen), член исследовательской группы Стэнфордского университета.
Данное достижение является достаточно удивительным, и оно весьма наглядно демонстрирует, чего можно добиться, приложив ум и усилия в правильном направлении. Вполне вероятно, что благодаря этому в будущем группы миниатюрных роботов смогут выполнять работу, с которой в нашем представлении могли бы справиться только огромные и мощные роботы. И это может стать весьма востребованным в случае использования таких роботов в некоторых условиях, к примеру, в строительстве космических баз на других планетах.
