Интеллектуальные машины

Робот-змея движется, как настоящая кобра

Фото: Johns Hopkins University

Змеи живут в разнообразных условиях: от жарких пустынь до тропических лесов, где скользят по деревьям и камням, пробираются через кустарники по многу часов. Изучая способ движения пресмыкающихся, инженеры из Университета Джона Хопкинса создали робота-змею, который быстро и стабильно движется вверх по высоким ступеням. Результаты этого научного эксперимента были опубликованы в Журнале экспериментальной биологии и Королевского общества открытых наук. Учёные надеются, что в будущем смогут создать поисковых и спасательных роботов, которые будут успешно перемещаться по пересечённой местности.

Автор исследования доктор Чен Ли (Chen Li) подчеркнул, что змея как никакое другое животное умеет стабильно преодолевать любые препятствия в повседневной жизни. В ближайшее время разработчики намерены обучить робота-змею раскачиваться и передвигаться по неровным поверхностям не хуже настоящего пресмыкающегося.

Предыдущие исследования в основном наблюдали движения змей на плоских поверхностях за исключением деревьев, и почти никогда – в трёхмерных. Они не учитывали таких объектов, как куски щебня, мусор, большие камни. Для роботизированной машины это важно, поскольку от препятствия на пути движения зависит баланс конструкции и, соответственно, её маневренность. Команда доктора Ли в его Лаборатории террадинамики (Terradynamics Lab) провела изучение движений королевской кобры при подъёме на ступени. Эта лаборатория объединяет учёных в области робототехники, биологии и физики для изучения движений животных. На основании полученных данных исследователи создают универсальных роботов.

Именно королевские кобры регулярно пересекают огромные валуны и упавшие деревья, поскольку обитают в пустынях и сосново-дубовых лесах. Они считаются «мастерами движения». Учёные провели серию экспериментов, пустив кобру двигаться по ступеням разной высоты и текстуры, и изменяя высоту случайным образом во время теста.

Исследователи установили, что змея условно «делит» тело на три части: передняя и задняя движется взад-вперед в горизонтальной плоскости ступени, как волна, а средняя часть остаётся жёсткой, чтобы преодолеть ступень большей высоты. Гибкие части тела змеи не дают ей опрокинуться. Когда ступени становились выше или более скользкими, кобра двигалась медленнее и меньше шевелила передней и задней частью тела, чтобы не терять устойчивости.

На базе модели движения живой кобры был создан прототип робота-змеи. Сначала он с трудом удерживался на больших ступенях и часто колебался, переворачивался или застревал. Чтобы решить эти проблемы, учёные установили систему подвески (как в авто) в каждый сегмент робота, чтобы при необходимости он мог прижиматься к поверхности. После этого конструкция стала менее шаткой, более устойчивой и поднималась по ступеням на 38% длины своего тела со 100% успехом. По сравнению со змееподобными роботами, сконструированными ранее, робот-змея доктора Ли более быстрый и стабильный, и даже приблизился к имитации реальной скорости передвижения змеи. Недостаток у конструкции пока только один – это большое потребление электроэнергии.