Скорость и маневренность всегда считались отличительными чертами гепарда: большой хищник является самым быстрым из наземных животных на Земле и умеет разгоняться почти до сотни километров в час всего за несколько секунд. Во время разгона гепарды держат ноги вместе, а затем бегут галопом.
Исследователи из Массачусетского технологического института сконструировали роботизированного гепарда. В ходе последних изысканий по улучшению механического животного они разработали специальный алгоритм, который реализовали при сборке аккумуляторов и электродвигателей. Робот-гепард весит примерно столько же, сколько и его кошачий прототип, и может свободно передвигаться по траве быстро и устойчиво (благо, проводов за ним теперь никаких не тянется).
Пока робот может развивать скорость лишь до 16 километров в час, но учёные уверены: текущая версия робота в итоге сможет достичь скорости почти в 50 километров в час.
Ключ к алгоритму, позволяющему передвигать конечности робота так, как это делает большая кошка, кроется в приложении определённой силы в ту секунду, когда нога касается земли, чтобы поддерживать заданную скорость. Проще говоря, чем больше должна быть желаемая скорость, тем больше должна быть и сила, продвигающая робота вперёд. Профессор механической инженерии Санбаэ Ким (Sangbae Kim) предполагает, что такой подход делает робота похожим на спринтера мирового класса.
"Многие спринтеры не переставляют ноги слишком быстро, – рассказывает он. – Они фактически увеличивают длину шага, прилагая больше силы, так что они могут быть быстрее, сохраняя ту же частоту".
При помощи нового алгоритма робот-гепард смог преодолеть необычную местность. Например, он проскакал по травяному полю и даже не заметил небольшие неровности на своём пути, сохранив заданную скорость.
"Большинство роботов – медлительные и тяжёлые, они не могут контролировать силу на высоких скоростях, – продолжает Ким. – Так что это делает нашего робота-гепарда особенным: более стабильным, подвижным и динамичным".
Манёвренность роботу придаёт специально разработанный Джеффри Лангом (Jeffrey Lang) электродвигатель с высоким крутящим моментом. Сочетание таких электродвигателей и специально разработанных конечностей позволяет контролировать прилагаемую силу, не полагаясь ни на какие датчики в конечностях.
По словам изобретателей, роботизированное существо можно обучить нескольким видам биомеханической походки, от рыси до галопа. При галопе, похожем на прыжки кролика, передние ноги робота соприкасаются с землёй, а задние поднимаются вверх. Именно эту манеру передвижения исследователи решили смоделировать в первую очередь.
Конечности касаются земли за долю секунды до того, как оторваться снова. Чем короче момент соприкосновения с землёй (так называемый рабочий цикл), тем быстрее бежит животное.
Ким и его коллеги разработали алгоритм, определяющий силу, с которой нога должна касаться земли в короткий период каждого цикла. Эта сила должна быть достаточной для толчка вверх, позволяющего преодолеть силу тяжести, дабы сохранить импульс движения вперёд.
В ходе эксперимента команда заставила робота бежать на более коротких рабочих циклах, чтобы робот мог работать на более высоких скоростях и не падать. Алгоритм обеспечил точный контроль над силой.
Также по теме:
Японские робототехники показали плавного робота-гепарда
Швейцарские ученые сконструировали робота-гепарда
Четвероногий итальянский робот похвастался удивительной ловкостью
Пентагон заказал боевого "робота-гепарда"
Четвероногий "робомул" стал быстрее и умнее
