Bo co, jeśli część “inteligencji” maszyny da się przenieść z komputera prosto do jej materiału i geometrii? Co, jeśli robot nie będzie musiał za każdym razem dostać polecenia “napnij mechanizm, zwolnij blokadę, przygotuj się ponownie”, ponieważ jego ciało zrobi to wszystko samo? Badacze z North Carolina State University właśnie pokazali jej wyjątkowo efektowną wersję.
Ten robot skacze, ląduje i sam przygotowuje się do następnego skoku
Konstrukcja nazwana mianem “skoczka pierścieniowego” wygląda wręcz absurdalnie prosto. Jej podstawą jest elastyczna taśma z elastomeru ciekłokrystalicznego uformowana na kształt kropli. Na jednym końcu znajduje się z kolei cienka, sztywna aluminiowa rurka wygięta w literę V. Nie ma tutaj klasycznych nóg, przekładni ani silnika elektrycznego obracającego wał. Cała magia zaczyna się po oświetleniu robota promieniowaniem podczerwonym.
Czytaj też: To może być rozwiązanie problemu, który męczy każdego w publicznych toaletach
Elastomer ciekłokrystaliczny reaguje fototermicznie, więc pochłaniana energia prowadzi do jego odkształcania. Powierzchnia taśmy zaczyna się kurczyć, konstrukcja obraca się, a aluminiowa końcówka uniemożliwia jej zwyczajne przetoczenie się po podłożu. W rezultacie miękki pierścień coraz mocniej się skręca i magazynuje energię sprężystą. W pewnym momencie układ przekracza próg stabilności. Aluminiowy element gwałtownie uderza o podłoże, zgromadzona energia zostaje uwolniona i cała konstrukcja wyskakuje w powietrze.
Najciekawsze dzieje się jednak chwilę później. W locie pierścień samoczynnie się rozkręca, odzyskuje pierwotny kształt i po lądowaniu może rozpocząć dokładnie ten sam proces od początku. Nie trzeba go ręcznie prostować ani aktywować kolejnego mechanizmu. Co ciekawe, pisałem już o podobnej filozofii przy miękkim robocie inspirowanym płaszczką, gdzie również część funkcji, które zwykle powierzylibyśmy elektronice i sztywnym mechanizmom, zaczęto przenosić bezpośrednio do materiału i budowy maszyny. W miękkiej robotyce taka “ucieleśniona inteligencja” może być znacznie ważniejsza niż dokładanie kolejnego procesora.
Jeden kąt zmienia sposób poruszania się robota
Badacze odkryli przy okazji coś, co świetnie pokazuje siłę takiego podejścia. Charakter ruchu można zmienić bez przebudowy całego mechanizmu czy przeprogramowania sterownika. Wystarczy zmodyfikować geometrię aluminiowej końcówki. Przy kącie 120 stopni konstrukcja głównie pełznie. Zmniejszenie go do 90 stopni sprawia, że robot zaczyna skakać do przodu, a przy około 50 stopniach wybija się niemal pionowo. Dodatkowe niewielkie obciążenie umieszczone po zaokrąglonej stronie zmienia z kolei środek masy i pozwala uzyskać stabilniejszy oraz dalszy skok w wybranym kierunku.
Czytaj też: Podobno ten robot jest szybszy niż Usain Bolt, więc Unitree się nie hamuje i mówi o nim “Superman”
Zoptymalizowana konstrukcja potrafi wznieść się na wysokość przekraczającą 80 wysokości własnego ciała, a przy ruchu kierunkowym pokonać ponad trzy długości swojego korpusu. Roboty były zresztą testowane nie tylko na laboratoryjnym stole, ale też na piasku, kamieniach, trawie, ściółce, pochyłościach, przeszkodach oraz na styku wody i lądu. Nie oznacza to oczywiście, że wystarczy teraz rozsypać takie konstrukcje po lesie i kazać im samodzielnie prowadzić badania. Natężenie promieniowania podczerwonego musi znajdować się w odpowiednim zakresie. Zbyt słabe nie wywoła właściwej reakcji, a zbyt mocne może sprawić, że robot zacznie wykonywać niestabilne i trudne do przewidzenia skoki.
Czy to rzeczywiście robotyczne perpetuum mobile?
Właśnie tutaj określenie “może skakać bez końca” trzeba potraktować bardzo dosłownie pod względem warunków, a nie fizyki. Robot może kontynuować cykl skoków tak długo, jak długo jest oświetlany odpowiednio silnym promieniowaniem podczerwonym. Energia nie bierze się więc znikąd. Dostarcza ją zewnętrzne źródło światła, a materiał zamienia część tej energii na odkształcenie i zgromadzoną energię sprężystą, która następnie zostaje gwałtownie uwolniona. Po wyłączeniu lampy cały niezwykły “wieczny” mechanizm traci swoje zasilanie.
Czytaj też: Rewolucja w robotyce? Ten robot uczy się nowych zadań w mgnieniu oka
Perpetuum mobile musiałoby działać bez ciągłego dopływu energii z zewnątrz. Właśnie dlatego mamy tu raczej coś znacznie ciekawszego z perspektywy robotyki, bo prostą maszynę, która nie potrzebuje osobnego układu wykonującego reset po każdym ruchu. Jednak na razie sami naukowcy studzą emocje i otwarcie przyznają, że nie mają dla konstrukcji natychmiastowego zastosowania. Wskazują raczej na badania środowiskowe, robotykę rojową i poruszanie się po nieuporządkowanym terenie jako potencjalne kierunki dalszego rozwoju.
Pokazuje to jednak, że roboty przyszłości wcale nie muszą przypominać coraz bardziej skomplikowanych humanoidów z dziesiątkami siłowników. Czasem lepszym rozwiązaniem może okazać się kawałek aktywnego materiału zaprojektowany tak sprytnie, że sama fizyka wykonuje znaczną część pracy. Ten trend widać przy sztucznych mięśniach, które potrafią zmieniać swoją sztywność czy miękkich materiałach wykorzystywanych jako podstawa nowych rodzajów napędu. Coraz częściej nie chodzi już o to, aby zmusić sztywną maszynę do naśladowania organizmu. Chodzi o zbudowanie maszyny, której materiał zaczyna zachowywać się trochę jak organizm.
Źródła: Tech Xplore
