[Перевод] Похожие на ос дроны поднимают тяжести, помогая себе брюшком
Вам, возможно, известно, что осы могут промывать мозг тараканам или что их укус — одно из самых болезненных ощущений на Земле, и что реальный научный совет для тех, кого ужалила оса, состоит в том, чтобы просто валяться и орать, пока боль не пройдёт. Менее известен тот факт, что осы способны переносить неожиданно большие грузы для таких мелких существ.
Микродроны способны поднимать лишь собственный вес. Если нам надо создать летающих роботов, способных переносить тяжёлые объекты, но нам не хочется делать их размером с птеродактилей, инженерам придётся придумать какие-то новые способы для поднятия грузов. Поэтому разработчики дронов обратились за помощью к осам, и разрабатывают творческие способы для использования нашего окружения в качестве секретного оружия робототехники.
Если оса кусает и вырубает добычу, которую не может поднять, она ещё тащит. Ей это позволяет аролиум, подушечка на лапках, помогающая цепляться за поверхность. Совместно с когтями, аролиум позволяет осам манипулировать объектами, с которыми они не могут просто улететь. Поэтому они жалят добычу, превышающую их по весу.
Инженеры хотят, чтобы дроны тоже так умели. Поэтому новый класс роботов FlyCroTugs копирует некоторые особенности этих раздражительных летунов. С первого взгляда эти роботы похожи на обычные квадрокоптеры, умещающиеся на ладони. Их секрет спрятан в их брюшке. Находясь на земле, одна версия аппарата использует крючки, цепляясь за выпуклости и впадинки поверхности, как оса когтями, а другая использует подушечку, прилипающую к плоской поверхности. Затем эти аппараты могут задействовать крохотную лебёдку, при помощи которой они способны поднять и тащить груз, тяжелее их более чем в 40 раз.
Физика крючков довольно проста — фиксация с рычагом. «Мы просто пытаемся выстроить эти крючки рядом друг с другом, чтобы каждый из них нашёл своё выступ, и все вместе они смогут тянуть сильнее, чем один крючок», — говорит робототехник из Стэнфорда Мэтью Эстрада, описывающий эти аппараты в журнале Science Robotics.
Физика подушечки более запутана. Эта технология создана под влиянием лапок не ос, а геккона, и она не особенно нова — стэнфордские исследователи уже использовали её, к примеру, для разработки захвата, который когда-нибудь сможет захватывать космический мусор на орбите. Но действующие в ней силы могут придать FlyCroTug способности геккона и возможности подъёма, сравнимые с насекомыми.
Этот трюк основан на силах Ван-дер-Ваальса. На материале в нижней части дрона полно силиконовых гребешков. Входя в контакт с плоской поверхностью по касательной, гребешки выстраиваются в одном направлении (см. анимацию ниже). «Они все ложатся и приходят в очень близкий контакт с тем, к чему их прижали», — говорит Эстрада. Контакт получается таким близким, что каждый гребешок начинает притягиваться к поверхности на молекулярном уровне. Поскольку их очень много в материале, эти силы суммируются и дают прекрасное прилипание.
Именно так гекконы бегают по стенам, а FlyCroTugs способен поднимать тяжести, превышающие его вес в 40 раз. Пока робот неподвижно находится на поверхности, допустим, стола, он может использовать силы Ван-дер-Ваальса, поднимая лебёдкой объекты, гораздо более тяжёлые, чем он сам. К примеру, бутылку с водой.
Для поднятия более тяжёлых вещей можно задействовать несколько таких крохотных роботов. Это может быть более полезным, чем простое масштабирование дронов для увеличения их энергии. Такой подход может привести к удешевлению их производства и позволит им при необходимости проникать в небольшие пространства. Кому нужна масса, если можно взять числом?
В отличие от предыдущих моделей дронов, сделанных под влиянием природных идей, FlyCroTug вдохновляется осой не только как летающим животным, но и всей системой её работы в целом. «Летающие насекомые умеют не только летать, когда дело доходит до перемещения объектов», — говорит робототехник из Калтеха Сун-Джо Чан, разработавший дрон, похожий на летучую мышь. Они также способны тащить груз, который не могут поднять в воздух. «Это очень интересная инновация и дополнение к данной работе».
Иначе говоря, использование движения по поверхности или других особенностей окружающей среды может помочь сделать новых роботов лучше. Большая часть роботов либо катится по земле, либо летает по воздуху, не взаимодействуя с окружающей средой. FlyCroTugs действует совершенно по-другому: для увеличения своей эффективности они используют окружающую среду. Поверхность может пригодиться не только для навигации, её можно использовать, как инструмент для подъёма грузов.
Эта новая возможность поднятия грузов полезна не только для перетаскивания крупных объектов. Два робота могут работать вместе над такими сложными манипуляциями, как открытие двери. Первый дрон подбирается на позицию и засовывает крючок с пружиной под дверь. Второй робот цепляет крючком за ручку. Затем второй робот, держась за дверь, тянет ручку вниз, пока первый открывает дверь.
Идея в том, что группы роботов-прилипал могут справляться с задачами, слишком трудными для отдельных роботов. «Можно представить себе отдельных роботов как ходы в шахматной партии, — говорит Эстрада. — Как можно приложить эти силы в различных направлениях для выполнения какой-либо сложной задачи?» Вместо того, чтобы загружать сложными функциями одного изощрённого и дорогого робота, в некоторых случаях проще будет заниматься координацией работы нескольких ботов.
Или в какой-то момент исследователи могут скомбинировать два этих похода — крючки для зацепления грубых материалов, и подушечки для гладких — в одном дроне, хорошо работающем на различных поверхностях.
Только не нужно приделывать ему жало. Давайте оставим этот путь неисследованным.
