Исследователи из Лаборатории вычислительного проектирования и производства роботов (Computational Robot Design and Fabrication Lab) швейцарского университета EPFL создали первого в своем роде 3D-печатного робота-слона. Его уникальность заключается в способности выполнять как деликатные манипуляции, требующие гибкости, так и силовые действия, для которых необходима жесткость конструкции.
В основе разработки лежит инновационная технология, названная «программируемая решетчатая структура». Материалом для нее служит пена, состоящая из множества отдельных ячеек. Ключевая особенность заключается в том, что этим ячейкам можно задавать разные формы и положения, тем самым программируя уровень жесткости, деформации и несущей способности материала в разных частях единого объекта.
Геометрия ячеек имеет две основные формы. Ученые могут создавать гибридные варианты, находящиеся в спектре между этими двумя формами. Это обеспечивает возможность «непрерывного пространственного смешения профилей жесткости», позволяя плавно переходить от гибких участков, подобных мышцам, к твердым, имитирующим кости. Потенциал технологии огромен: она позволяет создавать более одного миллиона различных конфигураций, которые в совокупности образуют «бесконечные» геометрические вариации.
Конструкция робота-слона напрямую вдохновлена опорно-двигательным аппаратом животных. Он оснащен мягким и гибким синтетическим хоботом, способным скручиваться, изгибаться и вращаться. Одновременно с этим тазобедренные, коленные и голеностопные суставы робота имеют жесткую, костеподобную опору для обеспечения естественности движений и стабильности.
Такой подход решает одну из главных проблем современной робототехники. Большинство роботов, включая передовых гуманоидов, выглядят «неуклюжими и неловкими» по сравнению с естественными движениями животных и людей. Природная грация является результатом сложной сети из мышц, сухожилий, связок и костей. Для сравнения, хобот настоящего слона содержит около 90 000 пучков мышечных волокон, известных как мышечные пучки.
Для демонстрации возможностей робота были проведены два контрастных теста. В первом испытании он аккуратно и деликатно схватил цветок своим гибким хоботом, показав высокую точность и мягкость движений.
Во втором тесте робот продемонстрировал силу. Он ударил по небольшому шару для боулинга, направленному на 10 кеглей. В результате удара робот-слон успешно сбил семь из них, доказав жесткость и прочность своей конструкции.
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances в среду, 16 июля. Первым автором статьи является Цинхуа Гуань, постдокторант Лаборатории вычислительного проектирования и производства роботов в EPFL. Соавтором выступил Бэньхуэй Дай, докторант той же лаборатории. Их работа представляет масштабируемое решение для проектирования легких и адаптируемых роботов будущего.
Изображение носит иллюстративный характер
В основе разработки лежит инновационная технология, названная «программируемая решетчатая структура». Материалом для нее служит пена, состоящая из множества отдельных ячеек. Ключевая особенность заключается в том, что этим ячейкам можно задавать разные формы и положения, тем самым программируя уровень жесткости, деформации и несущей способности материала в разных частях единого объекта.
Геометрия ячеек имеет две основные формы. Ученые могут создавать гибридные варианты, находящиеся в спектре между этими двумя формами. Это обеспечивает возможность «непрерывного пространственного смешения профилей жесткости», позволяя плавно переходить от гибких участков, подобных мышцам, к твердым, имитирующим кости. Потенциал технологии огромен: она позволяет создавать более одного миллиона различных конфигураций, которые в совокупности образуют «бесконечные» геометрические вариации.
Конструкция робота-слона напрямую вдохновлена опорно-двигательным аппаратом животных. Он оснащен мягким и гибким синтетическим хоботом, способным скручиваться, изгибаться и вращаться. Одновременно с этим тазобедренные, коленные и голеностопные суставы робота имеют жесткую, костеподобную опору для обеспечения естественности движений и стабильности.
Такой подход решает одну из главных проблем современной робототехники. Большинство роботов, включая передовых гуманоидов, выглядят «неуклюжими и неловкими» по сравнению с естественными движениями животных и людей. Природная грация является результатом сложной сети из мышц, сухожилий, связок и костей. Для сравнения, хобот настоящего слона содержит около 90 000 пучков мышечных волокон, известных как мышечные пучки.
Для демонстрации возможностей робота были проведены два контрастных теста. В первом испытании он аккуратно и деликатно схватил цветок своим гибким хоботом, показав высокую точность и мягкость движений.
Во втором тесте робот продемонстрировал силу. Он ударил по небольшому шару для боулинга, направленному на 10 кеглей. В результате удара робот-слон успешно сбил семь из них, доказав жесткость и прочность своей конструкции.
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances в среду, 16 июля. Первым автором статьи является Цинхуа Гуань, постдокторант Лаборатории вычислительного проектирования и производства роботов в EPFL. Соавтором выступил Бэньхуэй Дай, докторант той же лаборатории. Их работа представляет масштабируемое решение для проектирования легких и адаптируемых роботов будущего.
