Американские инженеры создали автономного ходячего робота, который передвигается, благодаря ногам из материала с эффектом памяти формы. На горизонтальной поверхности скорость робогусеницы достигает около одной длины тела в секунду, что сравнимо со скоростью движения многих живых организмов, рассказывают авторы статьи в Science Robotics.

Традиционно инженеры используют в качестве источника движения роботов электромоторы. Но в некоторых условиях их использование не так удобно, поэтому разработчикам приходится применять актуаторы, работающие на других принципах. Иногда инженерам удается создать актуаторы с высокими характеристиками, которые можно применять в реальных разработках.

К примеру, в 2017 году американские специалисты создали искусственные мышцы, обогнавшие по мощности настоящие скелетные мышцы млекопитающих. В других случаях такие разработки могут носить чисто экспериментальный характер, как в случае с робополоской, двигающейся от перепадов влажности. Исследование различных механизмов движения позволяет создать базу, на которой другие инженеры могут создать пригодные к использованию устройства.

Кармел Маджиди (Carmel Majidi) из Университета Карнеги — Меллона и его коллеги из других американских университетов создали несколько прототипов ходячих роботов, использующих в качестве движущей силы эффект памяти формы. В их конструкции использованы актуаторы, в центре каждого из которых располагается изогнутая в П-образную форму проволока из никелида титана. Проволока с двух сторон изолирована эластомером с высокой теплопроводностью, причем в процессе скрепления слоев один из эластомерных слоев предварительно растягивается. Благодаря этому при скреплении всех слоев и их расслаблении актуатор выгибается в одну сторону.

Принцип работы актуатора прост — при нагревании проволоки она возвращается в свою исходную вытянутую форму, но вскоре после этого эластомер с высокой теплопроводностью отводит тепло и актуатор возвращается в исходное изогнутое положение. Актуатор может выпрямляться и развивать силу 0,2 ньютона за 0,15 секунд, а на весь цикл движения (выпрямление-сгибание) уходит около трех с половиной секунд. В качестве источника питания разработчики использовали 4,5-граммовые литий-ионные аккумуляторы с напряжением 3,7 вольта.

Схема создания актуаторов / Xiaonan Huang et al. / Science Robotics, 2018

Для демонстрации работы актуаторов инженеры напечатали гибкие управляющие платы и создали на их основе несколько прототипов роботов. Самый совершенный робот — шестиногая гусеница, которая передвигается, периодически разгибая разные актуаторы. Испытания показали, что робот может передвигаться со скоростью около одной длины тела в секунду на ровной поверхности, а также взбираться на наклонные поверхности с углом наклона до 23 градусов.

Прототипы роботов, созданные инженерами / Xiaonan Huang et al. / Science Robotics, 2018

Ранее робота с ногами, двигающимися благодаря эффекту памяти формы, создали инженеры из Китая и Австралии. Он также попеременно нагревает конечности и двигается вперед, но имеет симметричную форму с несколькими ногами.