Непростые движения

Interfax-Russia.ru – Томские студенты создали электронную змею, чтобы исследовать и совершенствовать механику движения роботов.

Собственную модель робота-змеи разработали студенты кафедры комплексной информационной безопасности электронно-вычислительных систем (КИБЭВС) Томского госуниверситета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР). Как пояснили в пресс-службе вуза, в ее основу лег один из специальных конструкторов, используемых в образовательной робототехнике.

"Сегодня ведется множество исследований в области механики движения роботов. И один из наиболее успешных вариантов - это создание робота, моделирующего движения змеи. Благодаря набору Bioloid Premium Robot Kit, студенты достаточно легко могут создать модель робота-змеи, чтобы использовать ее в опытных исследованиях. И на их основе спроектировать собственную математическую модель и алгоритмы особенностей механики передвижения этого робота", - сообщила Interfax-Russia.ru научный руководитель проекта, доцент кафедры КИБЭВС Юлия Лобода.

В настоящее время, по ее словам, собранный тусуровцами робот имеет 16 степеней свободы. Благодаря определенному набору специальных датчиков он способен достаточно быстро двигаться, огибать препятствия и определять свое местоположение в пространстве.

"Вдобавок к уже существующим программам мы хотим создать собственные алгоритмы передвижения робота-змеи, которые лягут в основу оригинального программного обеспечения. В дальнейшем его можно будет использовать как в учебных целях для изучения механики движения роботов, так и при разработке прототипов роботов-исследователей", - пояснила ученый.

Последних, как рассказал соруководитель проекта, ассистент КИБЭВС ТУСУР Олег Пехов, используют, в основном, при проведении поисково-спасательных операций и для исследования различных подводных и археологических объектов. Некоторые модели также могут применяться и во время хирургических операций.

"Направление робототехники, посвященное созданию "биовдохновленных" роботов, включая змей, очень перспективное. Сегодня оно активно развивается во всем мире", - добавил специалист.

Так, к примеру, механическую змею, способную обвиваться вокруг предметов и взбираться по различным вертикальным поверхностям, создали в США. По данным "Российской газеты", первый прототип разработчики - специалисты из лаборатории биороботов Университета Карнеги-Меллона (Питтсбург, штат Пенсильвания) – представили еще в 2010 году. Тогда змея умела ползать, извиваться и даже карабкалась на дерево. Теперь же ученые усовершенствовали свое детище, научив роботизированного пресмыкающегося "захватывать" столб или дерево в "железное кольцо".

Впрочем, на этом пытливый ум питтсбургских ученых не успокоился. Объединившись со своими коллегами из Технологического института штата Джорджия и Государственного университета Орегона, они создали так называемого робота-гремучника (вид небольших ядовитых змей - ИФ), способного не хуже змеи взбираться по барханам.

"Изучив основные принципы движения змеи, мы смогли улучшить робота. Теперь он передвигается не только по земле, но и по песчаным барханам, не соскальзывая назад, точь-в-точь так, как это делают змеи", - рассказал старший доцент Школы физики Технологического института штата Джорджия Дэниэл Голдман.

В частности, ученые выяснили, что извиваются змеи подобно синусоиде, а двигаются при этом - боком, то есть в перпендикулярном направлении. Части тела, находящиеся на земле, отталкиваются, а находящиеся в воздухе - опускаются. При этом с землей обычно контактирует порядка 25% тела. Но если наклон земли увеличивается на 10 градусов, на ней оказываются уже 40% тела. А при 30-градусном склоне цифра возрастает до 45%.

Повторить такой сложный алгоритм за природой ученые, конечно бы, не смогли. Однако специалисты придумали другое решение и создали машину, у которой контакт с ровной поверхностью в каждый момент времени тела всегда равняется 25%. Как оказалось, не ограниченный законами биологии робот в чем-то даже превзошел свой природный прототип. Он умеет не только синусоидально передвигаться по любым поверхностям и склонам, но и разворачиваться на месте, что, несомненно, будет полезным при проведении различных археологических работ.

Также достижениями в данной области может похвастаться и высокотехнологичная Япония. Свою первую электрическую змею здесь собрали еще в 2005 году. Корпус робота состоит из множества гибких сегментов, позволяющих ему изгибаться, подобно телу рептилии, а небольшие шарниры и колесики, установленные на каждом из сегментов, позволяют роботу передвигаться, подобно его биологическому прототипу. Кстати, благодаря специальной технологии перемещаться такая змея может не только по суше, но и в воде, что существенно расширяет сферу ее применения.

Разработкой подобных механизмов занимаются и в Норвегии. Причем, в этой северной стране роботов-змей решили создать для конкретной миссии – тушения пожаров. Идея была проста – нужно было сконструировать пожарный рукав, который мог бы самостоятельно, сквозь возможные завалы, узкие задымленные проходы и вентиляционные каналы, добирался до места возгорания.

В итоге ученым удалось создать прототип робота, использующего для движения энергию воды – той самой, которой он должен заливать пламя. Вместе с тем, норвежская "змея" получилась достаточно мобильной. Каждое ее звено может поворачиваться на 33 градуса относительно своих соседей. Их движением управляет сложная система из электронных блоков в каждом сегменте робота, которые в свою очередь подключены к центральному модулю. Посылаемые "мозгом" команды передаются сначала "нервным узлам" каждого звена, а уже оттуда импульсы идут к клапанам, перекрывающим подачу воды в гидравлические цилиндры. Поскольку звеньев всего 10, змея может практически свернуться в кольцо или пролезть в узкое отверстие.

Впрочем, одной механической змеей норвежцы не ограничились. Так, проект под названием "Анна Конда" привел к появлению еще нескольких подобных роботов. Один из них, "ПиКо", предназначен для перемещения по трубопроводам. С его помощью можно будет осматривать различные коммуникации изнутри даже там, куда невозможно добраться человеку. Тело этого робота также, как и у "Анна Конды", составлено из нескольких сегментов, однако в отличие от нее передвигается он не только за счет изгибов корпуса, но и благодаря установленным на каждом звене колесикам.

Обозреватель Наталья Пономарева

Присоединяйтесь к Interfax-Russia в "Twitter‘е", "Вконтакте" и на "Facebook"