Команда робототехников из компании Festo поставила перед собой задачу создания бионических роботов, которые не просто внешне похожи на свои природные прототипы, но и способны передвигаться и принимать решения. Ранее инженеры из этой компании продемонстрировали крайне реалистичного робота-стрекозу, а годом позже выпустили прыгающего робота-кенгуру.
На этот раз исследователи черпали вдохновения из мира насекомых и земноводных: они создали группы бионических муравьёв, бабочек и ящериц-хамелеонов. Все свои новейшие разработки учёные собираются представить публике на технологической выставке Hannover Messe, которая пройдёт с 13 по 17 апреля в Германии.
Серия новых мурашей-роботов получила название BionicANTs, где аббревиатура ANT означает Autonomous Networking Technologies, то есть "автономные сетевые технологии". Немецкие инженеры таким образом демонстрируют: производственные системы будущего будут основаны на адаптационных интеллектуальных компонентах, которые способны работать внутри общей иерархии управления. Словно социальные насекомые их роботы будут выполнять работу на благо "муравейника" сообща, подчиняясь "королеве".
В пресс-релизах, описывающих разработки, учёные рассказывают, что им не только удалось воспроизвести внешний вид природных прототипов, но и сымитировать коллективное поведение насекомых с помощью комплексных алгоритмов управления.
"Как и муравьи, роботы BionicANTs работают сообща в соответствии с чёткими правилами. Они общаются друг с другом и координируют свои действия и движения. Каждый робот принимает свои решения самостоятельно, но при этом всегда подчиняется общей цели и тем самым играет свою роль в решении поставленной задачи", — рассказывает глава Отдела корпоративных коммуникаций и будущих концепций компании Festo доктор Генрих Фронцек (Heinrich Frontzek).
Для конструирования колонии бионических устройств инженеры использовали технологию литого монтажного основания (MID). В этом случае трёхмерные структуры схемы интегрируются внутрь спечённых лазером компонентов во время процесса создания робота, что, по словам учёных, не только облегчает процесс конструирования, но и даёт больше свободы при разработке дизайна.
В ножные приводы каждого "насекомого" встроены пьезокерамические преобразователи, а на голове у них располагаются по две камеры, которые помогают контролировать передвижения. За отслеживание местоположения отвечают оптические датчики, интегрированные в грудной отдел робота. Длина тела каждого муравья BionicANT составляет 13,5 сантиметров. Питание обеспечивают две 7,2-ваттные батареи.
Бионическая ящерица-хамелеон FlexShapeGripper меньше всех похожа на свой природный прототип. Она больше напоминает обычную роборуку, однако она прекрасно справляется с основной задачей, поставленной перед ней. Благодаря специальному захвату, оборудованному силиконовой руковичкой, "робот" аккуратно берёт небольшие предметы и крепко удерживает их до поступления сигнала "отпустить".
В рамках испытательного эксперимента учёные заставляли FlexShapeGripper захватывать различные предметы — карандаши, металлические шарики, провода и так далее. Вне зависимости от формы и размера объекта, которые необходимо было схватить, бионическая "ящерица" (а точнее, её "язык") прекрасно справлялась с поставленной задачей.
Самой передовой своей разработкой в рамках нового исследования немецкие инженеры считают бионических бабочек eMotionButterflies. Благодаря особой системе внешнего контроля, созданной специально для этого проекта, летающие роботы следят за ситуацией в режиме реального времени и способны без посторонней помощи построить траекторию своего полёта таким образом, чтобы избежать столкновения с собратьями по стае.
Учёные отмечают, что пока что роботы-бабочки способны продемонстрировать все свои способности лишь внутри специально оборудованного помещения (то есть на улицу для выполнения задач их выпустить не удастся). Для полноценной работы стаи требуется комнатная система GPS, а также десять инфракрасных камер, установленных в стратегических важных для полёта точках. У каждой бабочки в корпус встроены ИК-датчики, благодаря которым осуществляется двусторонняя коммуникация между роботами и центральной системой управления в виде головного компьютера.
Крылья бабочек представляют собой гибкие плёнки-конденсаторы, посаженные на ультралёгкий каркас из тонких графитовых стержней. Данная конструкция позволила инженерам достичь в своей разработке максимально возможного размаха крыльев (50 сантиметров) при минимальном общем весе конструкции (всего 32 грамма). Каждый робот, к слову, оснащён довольно внушительным объёмом устройств, включая датчики, гироскопы, акселерометры, компасы и микроконтроллеры.
Частота взмахов крыльев бионических бабочек максимально приближена к природному прототипу и составляет около 1-2 Гц. При этом роботы способны летать со скоростью до 2,5 метров в секунду и зависать в воздухе в течение примерно 4 минут до необходимости перезарядки, которая занимает немного времени — не более 15 минут.
Инженеры пока не сообщают, каким может быть потенциальное применение у бионических роботов, но уже сейчас очевидно, что они могут быть крайне полезны в военном деле и при проведении спасательных операций.
