В 2011 году археологи проводили исследования в рукотворных пещерах близ Красного моря, пытаясь отыскать остатки древнеегипетских лодок. Место раскопок было слишком опасным для людей и потому учёные решили обратиться за помощью к робототехникам.
Команда во главе с Говардом Чосетом (Howard Choset) из университета Карнеги-Меллона сконструировала роботов-змей. К одному из них прикрепили видеокамеру и отправили внутрь пещеры сквозь узкие щели. Всё шло хорошо до тех пор, пока роботу не пришлось взобраться вверх по песчаному склону: он просто не справился с этой задачей и застрял.
Чосет и его коллеги твёрдо решили довести своего робота до совершенства и решить проблему с песчаными склонами. Для этого они долгое время работали с зоологами, изучая анатомию гремучих змей, которая позволяет им скользить почти по любым поверхностям. В эксперименте также принимала участие команда физиков из Технологического университета Джорджии, которая проводила высокоскоростную съёмку движений шести гремучих змей вида Crotalus cerastes. Они с лёгкостью передвигались вверх и вниз по песчаному склону.
Эти рептилии, равно как и их робототехнические аналоги, обладают уникальной способностью передвигаться боком. Фокус в том, что, вместо того чтобы скользить прямо, они передвигаются перпендикулярно направлению движения, синусоидально извиваясь.
Отметим, что прежде роботов подобной конструкции не создавал никто. Однако способность передвигаться вверх и вниз по крутым склонам по песчаной почве невероятно ценится в машинах, в особенности если они созданы для исследования других планет или труднодоступных мест на археологических раскопках.
"Мы заметили, что гремучие змеи, передвигающиеся боком, посылают горизонтальную волну вниз по собственному телу. В то же время, оно извивается как вниз, так и вверх. В результате части тела, находящиеся на земле, отталкиваются, а находящиеся в воздухе — опускаются. Так, в любой момент времени у гремучих змей 25% тела находятся в контакте с землёй. Но как только наклон земли увеличивается на 10 градусов, на земле оказываются уже 40%. Затем, эта цифра возрастает до 45% на 30-градусном склоне. Эти способности полностью повторяет наша новая конструкция", — рассказывает Чосет в пресс-релизе.
Баланс должен соблюдаться строго, поскольку если слишком маленький процент тела будет контактировать с землёй, то змея увязнет в песке, а если слишком большой — то рептилия не сможет оторвать другие части тела и подняться по склону.
Изучив премудрости природы, Чосет и его коллеги запрограммировали своего робота на передвижение по тем же законам. Они внесли изменения в конструкцию так, чтобы процент тела, соприкасающегося с ровной поверхностью в каждый отдельно взятый момент времени, всегда равнялся 25%.
А поскольку робот не ограничен законами биологии, то он получился ещё более способным, чем его природный прототип. Например, "змея" Чосета и его команды умеет не только синусоидально передвигаться по любым поверхностям и склонам, но и способна разворачиваться на месте. С такими навыками робот может быть использован при проведении спасательных операций и инспекции атомных электростанций.
В настоящее время Чосет планирует использовать разработку для помощи коллегам-учёным при проведении археологических раскопок. Дальнейшая адаптация проекта под коммерческий продукт пока не обсуждается. Статья с описанием разработки вышла в журнале Science.
