Роботу добавили «кости»: инженеры создали раздвижные конечности по принципу ног человека

Generated by DALL·E

Китайские инженеры представили новый тип конечностей для человекоподобных роботов, которые по своей конструкции напоминают кости ног человека. Разработка позволяет роботам менять длину конечностей примерно в три раза, выдерживать серьёзные нагрузки и сохранять устойчивость в разных условиях.

О работе сообщается в статье, опубликованной в журнале Science Advances. Авторы отмечают, что такие «кости» делают мягких роботов более универсальными: они могут не только передвигаться по суше, но и ходить по мелководью и плавать.

Зачем роботам понадобились «кости как у людей»

Создание антропоморфных роботов давно стало отдельным направлением в инженерии. Над такими машинами работают сотни команд по всему миру: задача — сделать роботов, которые смогут ходить, бегать и двигаться почти так же свободно, как человек.

Но пока даже самые сложные модели часто уступают людям по гибкости, устойчивости и разнообразию движений. По словам исследователей, проблема частично связана с тем, что конечности роботов обычно устроены иначе, чем конечности позвоночных животных. У человека кости сочетают сразу несколько полезных качеств:

• они прочные;
• при этом достаточно лёгкие;
• могут сохранять форму и устойчивость;
• способны адаптироваться к нагрузкам.

Именно это сочетание и попытались перенести в робототехнику.

Что придумали китайские инженеры

Группа учёных под руководством доцента Южного научно-технологического университета в Китае Вана Хунцяна разработала «кости для роботов», в которых воспроизведены ключевые особенности настоящих костей. Главная идея — создать лёгкую конструкцию, которая не ломается под нагрузкой и при этом может менять форму и длину. По данным исследователей, одна такая конечность весит около 350 граммов, но способна выдерживать большие нагрузки и работать в широком диапазоне условий.

Как устроены раздвижные конечности

Внутри конструкции расположена полая камера — похожий принцип есть и в настоящих костях. Эта камера сделана из полимерного материала и дополнительно покрыта эластичными нитями. Их задача — запасать энергию и помогать системе работать стабильнее. Камера может заполняться газом и растягиваться. За счёт этого конечность:

• удлиняется;
• укорачивается;
• меняет форму во время движения.

Снаружи она усилена прочным каркасом из текстиля, а стабильность обеспечивают направляющие штыри из углеволокна. Это нужно, чтобы конечность не теряла устойчивость даже при деформациях.

Робот на мягком корпусе: рост меняется в несколько раз

На базе новых конечностей учёные собрали мягкого человекоподобного робота массой около 4,5 кг. По описанию авторов, машина умеет заметно менять габариты:

• увеличивать рост в три раза;
• уменьшать рост на 36%;
• менять ширину на 60%, чтобы проходить через узкие пространства.

Такой набор возможностей выглядит полезным для работы в реальной среде, где роботу часто приходится подстраиваться под препятствия и разные типы поверхности.

Что он умеет делать: от мелководья до футбола

Исследователи отмечают, что благодаря новым «костям» робот способен двигаться в разных режимах. В числе возможностей называют:

• ходьбу по мелководью;
• плавание;
• ползание по земле;
• перемещение по воде;
• игру в футбол.

Авторы также заявляют, что мягкий робот с такими конечностями может двигаться значительно быстрее, чем многие другие разработки похожего класса.

Зачем это может понадобиться в будущем

Разработчики считают, что подобные раздвижные конечности могут приблизить гуманоидных роботов к более «человеческому» уровню адаптации. Речь не только о скорости, но и о способности работать там, где условия постоянно меняются: на воде, на мягком грунте или в узких пространствах.

В перспективе такие системы могут помочь создавать роботов для задач, где сегодня человеку приходится действовать вручную — от работы в сложных природных условиях до применения в спасательных сценариях.