Специалисты-робототехники во всем мире исследуют строение тела и принципы передвижения гепарда и других представителей семейства кошачьих, используя полученные знания при проектировании роботов, способных к быстрому передвижению на четырех конечностях. Одним из таких проектов является новый проект исследователей из университета Осаки под названием Pneupard.

Разрабатываемая биоподобная роботизированная платформа использует набор пневматических искусственных мускулов, как источников силы для ее передвижения.

Конструкция робота Pneupard, которая находится в стадии ранней разработки, принадлежит исследователям Андрэ Розандо (Andre Rosendo) и Шого Нэкэтсу (Shogo Nakatsu), которые работают под руководством профессоров в области информатики и технологий Кеничи Нэрайоки (Kenichi Narioka) и Коха Хозоды (Koh Hosoda). Эта команда уже достаточно давно имеет дело с различными типами мускулов и на их счету уже имеется несколько пневматических роботов, к примеру, робот-младенец Pneuborn и двуногий робот-спринтер Athlete.

Рис. 1.

Пневматические искусственные мускулы изготовлены из резиновой эластичной трубы, вложенной в оболочку из нейлона. Когда полость резиновой трубы заполняется воздухом, вся конструкция искусственного мускула сокращаться, действуя подобно мускулу живого организма. Такой метод позволяет получить весьма сильные кратковременные импульсы силы, искусственные мускулы очень гибки и не подвержены механическим повреждениям, а создаваемые ими движения плавны и пластичны, то, чего так не хватает роботам с электромеханическими приводами. Сокращения искусственных мускулов, объединенные с механической подвижной конструкцией конечностей, позволяют точно копировать амплитуду, силу и направление движения конечности живой кошки.

Андрэ Розандо, который является руководителем проекта Pneupard, объясняет, что одна задняя конечность создаваемого опытного образца робота-гепарда содержит восемь активных искусственных мускулов. Передние конечности робота, которые сейчас только разрабатываются, будут содержать по шесть искусственных мускулов.

«Спинной хребет робота также будет иметь несколько искусственных мускулов, которые позволят ему сокращаться и распрямляться в такт с движениями остальных частей тела» – рассказывает Розандо, – «Главной идеей нашего проекта является создание биоподобной системы, строение которой будет максимально точно копировать строение двигательного аппарата гепарда. Используя эту систему, мы изучим принципы движения гепардов и разработаем технологии, которые можно будет использовать при создании конструкций других роботов».

Рис. 2.

На приведенном ниже видеоролике можно увидеть как задние конечности будущего робота Pneupard перемещаются в однотонном и механическом темпе. Но алгоритм управления этими конечностями не построен на базе разработанной программы, описывающей поочередное включение и отключение исполнительных элементов.

Искусственные мускулы активизируются по сигналам, которые соответствуют мозговым сигналам, считанным из мозга кошки, идущей в постоянном неторопливом темпе. Единственными датчиками, которые участвуют в процессе и обеспечивают обратную связь системе управления, являются датчики усилия, установленные на каждой конечности робота.

«Полученные алгоритмы ходьбы могут успешно противостоять случайным вмешательствам извне и помехам, включая асимметрию исполнительных механизмов правой и левой конечности, которая неизбежно возникает из-за немного разнящихся характеристик использованных искусственных мускулов» – рассказывает Розандо, – «К тому же, скелетно-мышечная структура живых существ сама по себе достаточно "интеллектуальна» для того, чтобы обеспечить компенсацию различных вмешательств, не требуя при этом сложных алгоритмов управления".

Рис. 3.

В настоящее время ходьбу робота Pneupard можно охарактеризовать как «неестественно-нервозная», но в ближайшем будущем исследователи присоединят к роботу элементы его спинного хребта, что должно в корне изменить походку робота.

Несмотря на оптимизм, исследователи не собираются конкурировать с роботом-гепардом компании Boston Dynamics за звание самого быстрого робота на земном шаре, их работа заключается в разработке более универсальных, легких и недорогих конструкций для разнообразных роботов будущего.