Исследователи создали небольшого робота, способного прыгать по разным поверхностям и плавать. В основу конструкции легли упругие стержни, которые при скручивании накапливают энергию, а затем резко меняют форму и толкают устройство вперёд. Результаты работы опубликованы 18 сентября в журнале Science Advances.
Принцип движения подсказала лягушка, однако разработчики изучали не саму биомеханику животного, а поведение изогнутых эластичных элементов. При определённых сочетаниях изгиба и вращения стержень может либо постепенно перейти в новую форму, либо мгновенно «переключиться» между состояниями. Второй вариант создаёт мощный импульс, который можно использовать в роботах с ограниченной мощностью.
Оптимальную геометрию специалисты нашли с помощью компьютерного моделирования и экспериментов с роботизированной рукой. В итоге они выбрали спиральную форму, напоминающую пружину: она позволяет стержню запасать и быстро высвобождать максимальное количество энергии. Затем такие элементы соединили с вращающимся двигателем, который сначала закручивал их, а после раскручивал и снова деформировал.
Получившийся прототип выполнен в форме, напоминающей лягушку, и оснащён двумя упругими стержнями в задней части корпуса. Робот размером с ладонь весит 3,4 унции — около 96 граммов, то есть примерно как колода игральных карт. Он перемещается со скоростью около трёх длин собственного тела в секунду, делая короткие прыжки.
Испытания прошли на дереве, стекле, коже, песке и траве. Робот смог преодолевать ступени, двигаться вверх и вниз по ним, а после установки лопастей — плавать. Использование только одного стержня позволило устройству поворачивать, а дистанционное управление помогло провести его через небольшой полигон с препятствиями.
«Более широкая возможность заключается в том, чтобы позволить механике робота выполнять часть работы, которая в противном случае потребовала бы более крупных двигателей или более сложного управления», — заявил соавтор исследования, доцент робототехники Мичиганского университета Сяонань (Шон) Хуан, слова которого приводит Live Science. По словам учёного, управление моментом накопления и высвобождения энергии может дать компактным роботам мощные и повторяемые движения, необходимые для преодоления препятствий и перемещения как по суше, так и по воде.