Лозанна – родина (компьютерных) слонов-роботов

Главная задача проекта заключалась в том, чтобы перенести в робототехнику разнообразие биомеханических функций естественного опорно-двигательного аппарата. Keystone-SDA

Инженеры из лозаннской Федеральной высшей технической школы (EPFL) представили роботизированную систему, способную воспроизводить самый широкий диапазон механических свойств биологических тканей. Ключевым решением стало применение модульной решетчатой конструкции, напечатанной на 3D-принтере из лёгкого пеноматериала.

Главная задача проекта заключалась в том, чтобы перенести в робототехнику всё разнообразие биомеханических функций естественного опорно-двигательного аппарата. Команда инженеров под руководством Джози Хьюз (Josie Hughes) разработала решётку, составленную из отдельных модулей (ячеек), каждая из которых может быть индивидуально запрограммирована как по форме, так и по положению в пространстве. Такая двухуровневая параметризация позволяет получить более миллиона уникальных конфигураций, а при многослойной укладке модулей — до нескольких миллионов.

«Мы применили нашу технологию программируемой решётки и создали в качестве примера робота-слона, сконструированного по принципам природной костно-мышечной системы: у него гибкий хобот, способный изгибаться, поворачиваться и скручиваться, а также сочленения в области таза, коленей и конечностей, правда, более жёсткие», — поясняет постдок Цинхуа Гуан (Qinghua Guan). Его слова приводятся в пресс-релизе EPFL.

Миллионы конфигураций

Кроме изменения формы отдельных модулей инженеры могут задавать их ориентацию и положение внутри конструкции. Это открывает второе измерение программирования: каждая ячейка может быть повернута или смещена вдоль своей оси, что значительно расширяет механическую функциональность системы. Модули также могут укладываться друг на друга, образуя новые сложные конфигурации с широким диапазоном жёсткостей и подвижности. Так, решетчатый куб из четырёх вертикально расположенных ячеек может реализовать до четырёх миллионов различных конфигураций.

Такая двойная программируемость позволила воссоздать в модели слона различные типы соединений: от плоских скользящих сочленений (например, в мелких костях стопы) до одноосевых шарниров (в колене) и двухосевых сочленений с двунаправленным сгибанием (в области пальцев). Команда также смогла воспроизвести сложную кинематику хобота (руки-манипулятора): решётка в этом случае делится на отдельные функциональные секции — каждая ответственна за определенный вид действий: поворот, изгиб, вращение.

При этом, как отмечается в статье, опубликованной в журнале Science Advances, переходы между зонами совершаются плавные и непрерывные. «У такой решётки, по аналогии с пчелиными сотами, отношение прочности к весу может быть чрезвычайно выгодным. Это открывает путь к созданию ультралёгких и при этом мощных и прочных роботов», — говорит Джози Хьюз. Кроме того, открытая структура пеноматериала позволяет интегрировать в неё датчики и другие функциональные компоненты, а также обеспечивает потенциальную совместимость с жидкостными средами. Всё это делает технологию не только адаптивной, но и пригодной для создания интеллектуальных роботизированных систем нового поколения.

Читайте также: