Springtails, Smallbugs często czołgający się przez ściółkę i glebę ogrodową, są ekspertami. Zainspirowani tymi skakającymi sześciokapodami, robotyści w The Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (Seas) zrobili chodzące, skakające robota, który przekracza granice tego, co mogą zrobić małe roboty.
Opublikowane w Science Robotics, badania określają przyszłość, w której zwinne mikroroboty mogą czołgać się przez małe przestrzenie, łykać po niebezpiecznym gruncie i wyczuć swoje środowiska bez interwencji człowieka.
Nowy robot Harvard został stworzony w laboratorium Roberta J. Wooda, Harry'ego Lewisa i Marlyn McGrath profesor inżynierii i nauk stosowanych w Seas. Jest to modyfikacja ambulatoryjnego mikrorobota Harvarda (HAMR), mikrorobotycznej platformy pierwotnie modelowanej po zręcznym, trudnym do zabijania karalucha. Teraz Hamr jest wyposażony w robotyczną furcula-rozwidlony, przypominający ogonowy dodatek schowany pod ciałem Springtail, który wypycha ziemię, aby wysłać go Simone Biles-ising w powietrze.
„Springtails są interesujące jako inspiracja, biorąc pod uwagę ich wszechobecność, zarówno przestrzennie, jak i czasowo w skalach ewolucyjnych” – powiedział Wood. „Mają ten unikalny mechanizm, który obejmuje szybki kontakt z ziemią, jak szybki cios, w celu przeniesienia pędu i zainicjowania skoku”.
Aby przejść w powietrze, robot wykorzystuje tak zwane wiosenne uruchamianie za pośrednictwem zatrzasku, w którym energia potencjalna jest przechowywana w elastycznym elemencie-furculi-które można rozmieścić w milisekundach jak katapulta. To fizyczne zjawisko występuje raz po raz w naturze, nie tylko w Springtails: od pędzącego języka kameleona po wyrostek zamieszkiwania ofiar krewetek modliszki.
Zespół Wooda wcześniej stworzył robot inspirowany krewetkami Amantis. „Wydawało się naturalne, że próba zbadania zastosowania podobnego mechanizmu wraz z spostrzeżeniami ze skoków Springtail, dla małych robotów” – powiedział Wood.
Furcula Springtail jest również elegancko prosta, składająca się z zaledwie dwóch lub trzech połączonych jednostek. „Myślę, że prostota początkowo mnie oczarowała zbadanie tego rodzaju rozwiązania” – powiedział pierwszy autor i były kolega z badań Seas Francisco Ramirez Serrano.
Zespół użył usprawnionych przepływów pracy mikrofabrykacji w Laboratorium Wood, aby opracować robot o wielkości dłoni, który może chodzić, skakać, wspinać się, uderzać, a nawet zbierać obiekty.
Robot pokazuje jedne z najdłuższych i najwyższych skoków każdego istniejącego robota w stosunku do długości ciała; Jego najlepsza wydajność wynosi 1,4 metra, czyli 23 razy większa. Natomiast podobny robot może skoczyć dwa razy więcej, ale przewyższa robota Harvarda o 20 razy.
„Istniejące mikroroboty, które poruszają się po płaskim terenie i skoku, nie mają prawie zwinności, jaką robi nasza platforma” – powiedział Serrano.
Zespół włączył szczegółowe symulacje komputerowe do projektu robota, aby pomóc mu lądować optymalnie za każdym razem, precyzyjnie kontrolując długości swoich powiązań, ilość zapisanej w nich energii i orientacji robota przed startem.
Pakowanie wszelkiego rodzaju umiejętności sportowych w jeden lekki robot sprawia, że zespół jest podekscytowany przyszłością, w której roboty takie jak ich mogą przemierzać miejsca, w których ludzie nie mogą lub nie powinny.
„Chodzenie zapewnia precyzyjny i wydajny tryb lokomocji, ale jest ograniczony pod względem przejścia na przeszkody” – powiedział Wood. „Skakanie może przetrwać przeszkody, ale jest mniej kontrolowane. Połączenie dwóch trybów może być skuteczne w nawigacji w środowiskach naturalnych i nieustrukturyzowanych”.
Badania zostały wsparte przez biuro badań armii amerykańskiej pod grantem nr W911NF1510358.