Американские инженеры создали новую модификацию роботаракана HAMR , способную передвигаться вверх ногами и по вертикальным поверхностям с помощью электроадгезии. В качестве демонстрации разработчики показали, как робот передвигается по изогнутой и шероховатой внутренней поверхности авиадвигателя.

Статья опубликована в Science Robotics.

Зачастую инженеры создают роботов, призванных заменить людей на производстве и в быту. Однако также есть и направления, в которых инженеры создают роботов для сред, недоступных человеку. Одно из таких направлений — микророботы, способные проникать в небольшие проемы и конструкции. К примеру, недавно Rolls-Royce предложила концепцию обслуживания двигателей с помощью микророботов, которых будут запускать во внутренние полости двигателя, после чего они будут ходить по внутренним конструкциям и передавать изображение с камеры оператору.

Несмотря на множество потенциальных применений и интерес со стороны крупных компаний, пока микророботы представляют собой лишь отдельные экспериментальные прототипы, и не готовы к применению на практике из-за наличия множества нерешенных проблем. Микророботы должны иметь относительно мощные актуаторы и системы питания, и при этом быть крайне компактными и легкими. Кроме того, они должны уметь передвигаться не только в идеальных лабораторных условиях, но и в труднопроходимой среде.

Инженеры из Гарвардского университета под руководством Роберта Вуда (Robert Wood) уже несколько лет создают различные модификации микроробота HAMR, способные прыгать, взбираться на поверхности с небольшим уклоном, и даже ходить по воде.

В своей новой статье инженеры представили робота HAMR-E, способного удерживать себя на различных поверхностях даже в перевернутом состоянии благодаря электроадгезии.

Инженеры решили использовать ту же платформу, которую они применяли в своих предыдущих работах. Робот имеет длину 4,5 сантиметра и массу 1,48 грамма. В его основе лежит углеволоконный корпус, на котором закреплены четыре ноги и плата управления. Одна из главных особенностей платформы HAMR заключается в механизме движения ног. Поскольку использовать стандартные электромоторы в таком небольшом и легком роботе нельзя, инженерам пришлось разработать необычную конструкцию. В основе каждой ноги лежат два одинаковых пьезоактуатора, которые изгибаются под действием тока. Актуаторы располагаются параллельно друг другу, но они связаны с ногой через специальную механическую передачу, благодаря которой движение одного из актуторов отвечает за вертикальное движение ноги, а второго — за горизонтальное:

Механизм передачи движений от актуаторов к ноге / Benjamin Goldberg et al. / IEEE Robotics and Automation Letters, 2018

Главное отличие нового робота заключается в том, что на концах его ног инженеры установили электроадгезионные контактные площадки. Каждая площадка состоит из четырех тонких круглых слоев: медного, полимерного и двух изолирующих по краям. При подаче напряжения на площадки они прилипают к находящейся рядом проводящей поверхности, например, листу металла, благодаря возникающему электростатическому притяжению. Инженеры также разработали достаточно простую оригами-конструкцию, которая выполняет роль шарнира и позволяет ноге отклоняться на угол 45 градусов от контактной площадки и поворачиваться на 90 градусов.

Компоненты робота / Sebastien D. de Rivaz et al. / Science Robotics, 2018

Каждая площадка способна выдерживать груз массой 3,25 граммов при нагрузке на сдвиг и напряжении на площадке, равном 250 вольт. Теоретически они поддерживают напряжение до 1600 вольт, но инженеры выбрали меньшую величину, потому что в таком случае она совпадает с характеристикой тока на актуаторах. Разработчики собираются создать автономную версию робота и считают, что такое решение позволит уменьшить массу робота за счет использования одних и тех же преобразователей напряжения. В нынешней версии робот получает энергию и управляющие команды через два небольших провода.

В качестве демонстрации инженеры решили показать потенциальное применение робота — осмотр внутренних конструкций авиадвигателя. В опубликованном ролике можно увидеть, как робот шагает по шероховатой и изогнутой металлической поверхности внутри двигателя, находясь в перевернутом положении.

В июле 2018 года Агентство перспективных оборонных разработок (DARPA) США объявило конкурс по созданию технологий для многофункциональных микророботов. Участники будут работать в трех направлениях: создание эффективных компактных актуаторов, разработка небольших аккумуляторов и систем преобразования напряжения, а также создание полноценных микророботов. На протяжении трех лет DARPA будет финансировать успешные проекты. Общая сумма финансирования программы составляет 32 миллиона долларов.