Видео: искусственные мышцы заставляют роботизированную ногу ходить и прыгать

Исследователи разрабатывают роботов уже почти 70 лет. До сих пор все созданные машины имели одну общую черту: их приводят в действие моторы. Даже андроиды, умеющие ходить, используют руки и ноги, приводимые в движение моторами, а не мышцами, как у людей и животных. Это отчасти объясняет, почему им не хватает подвижности и адаптивности живых существ.

Новая роботизированная нога, работающая искусственных на мускулах, не только более энергоэффективна, но и способна к высоким прыжкам и быстрым движениям. Кроме того, она умеет реагировать на препятствия — и все это без использования сложных датчиков. Ногу разработали исследователи из Высшей технической школы Цюриха (Швейцария) и Института интеллектуальных систем Макса Планка (Германия). Научная статья вышла в журнале Nature Communications.

Как у людей и животных, у роботизированной ноги есть разгибатель и сгибатель, обеспечивающие движение в две стороны. Эти электро-гидравлические приводы, которые исследователи называют HASELs, прикреплены к скелету с помощью «сухожилий». Приводы представляют собой наполненные маслом пластиковые мешки. Примерно половина каждого мешка покрыта с обеих сторон электродами, изготовленными из проводящего материала.

Объясняет Томас Бюхнер, первый автор исследования: «Как только мы подаем напряжение на электроды, они притягиваются друг к другу за счет статического электричества. То же самое происходит, когда я тру шарик о голову — волосы прилипают к шагику по тому же принципу. По мере увеличения напряжения электроды сближаются и выталкивают масло в мешке на одну сторону, делая мешок короче».

Способность роботизированной ноги прыгать основана на ее умении взрывообразно поднимать собственный вес. Исследователи также показали, что нога обладает высокой степенью адаптивности, что особенно важно для мягкой робототехники. В отличие от электромоторов, требующих датчиков для постоянного определения угла ноги, искусственная мышца адаптируется к подходящему положению через взаимодействие с окружающей средой.

Один из авторов исследования Тосихико Фукусима: «Адаптация к местности — ключевой аспект. Когда человек приземляется после прыжка, ему не нужно заранее думать, нужно ли сгибать колени на 90 или 70 градусов. Тот же самый принцип применим к опорно-двигательной системе робота: при приземлении сустав ноги адаптивно перемещается в подходящий угол в зависимости от того, насколько поверхность жесткая или мягкая».

Авторы отмечают, что электро-гидравлические приводы вряд ли будут использоваться в тяжелой технике на строительных площадках, но имеют специфические преимущества, например, в захватах, где движения должны быть высоко адаптированы в зависимости от того, что захватывается, будь то мяч, яйцо или помидор.

Руководитель исследования Роберт Кацшманн: «Если мы интергируем роботизированную ногу в четырехногого или человекоподобного робота, возможно, сможем использовать его как спасательного робота».