Биороботы должны уметь перемещаться разными способами
Москва, 13:20, 21 Фев 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.
При беге позвоночных животных — их ноги минимально контактируют с землей. Но насекомые отличаются от нас. Эти шестиногие существа быстро бегают с помощью трех ножек, напоминая «треногу», когда у них три ноги постоянно находятся на земле — две на одной стороне тела и одна на другой. Такая манера движения давно вдохновляла инженеров, которые проектируют шестиногих роботов, как самый быстрый и наиболее эффективный способ для биороботов передвигаться по земле.
Исследователи показали, что на самом деле «тренога» — это вовсе не самый быстрый способ для роботов перемещаться на ровной площадке, при условии, что они не имеют клейкой подушечки, чтобы лазить по стенам и потолкам. Это говорит о том, что дизайнерам насекомых-роботов, следует переосмыслить парадигмы и рассмотреть другие возможности, в том числе новую двигательную стратегию – походка «ходули». Выводы исследователей были опубликованы в журнале Nature.
Ученые провели множество компьютерных симуляций, тесты на роботах и опыты на мухах дрозофилах. Для того чтобы испытать различные комбинации, исследователи использовали эволюционный алгоритм для оптимизации скорости ходьбы в модели имитации насекомых, основанной на дрозофилах. Шаг за шагом, этот алгоритм перебрал множество различных аллюров, устраняя медленные и отбирая быстрые варианты.
Исследователи обнаружили, что преимущества «треноги» теряются, если не нужно лазить по вертикальным поверхностям с прилипанием кончиков ног. Напротив, ходьба на «ходулях», когда на земле всего две ноги, быстрее и эффективнее, хотя в природе нет насекомых, которые используют этот способ.
«Наши результаты поддерживают идею, что насекомые используют «треногу» для наиболее эффективной ходьбы по поверхности в трех измерениях, и потому, что их ноги имеют адгезионные свойства», — пишут авторы. «Поэтому наземные роботы должны освободиться от движений исключительно с помощью «треноги».
Затем ученые создали шестиногого робота, способного ходить как «треногой», так и «ходулями». Походка «ходулями» вновь оказалась быстрее, подтверждая результаты алгоритмов моделирования.
Наконец, экспериментаторы покрыли полимером кончики ног у реальных мух, чтобы скрыть их коготки и присоски, цепляющиеся за поверхность. Мухи быстро начали использовать походку «ходули», а координация их движений была схожа с компьютерной моделью.
«Этот результат показывает, что в отличие от большинства роботов, животные могут адаптироваться, чтобы найти новые способы ходьбы в новых условиях», — приходят к заключению авторы исследования.
Работа представляет собой важный вклад в изучение передвижений животных и робототехники.
