Robotics
Teadlased ehitavad energiasäästliku BirdBoti
Max Plancki intelligentsete süsteemide instituudi (MPI-IS) teadlaste meeskond, mida juhib Alexander Badri-Spröwitz, on konstrueerinud robotjala, mis põhineb lennuvõimetute lindude loomulikul mudelil. Uus BirdBot loodi vähemate mootoritega kui teised masinad ja teoreetiliselt võib see ulatuda suureks.
Badri-Spröwitz juhib Dynamic Locomotion Groupi, mis tegeleb bioloogia ja robootika valdkondadega. Meeskonda kuulus Badri-Spröwitzi doktorant Alborz Aghamaleki Sarvestani; Metin Sitti, robootik ja MPI-ISi direktor; ja Monica A. Daley, California ülikooli bioloogiaprofessor Irvine'is.
Uuring avaldati ajakirjas Teaduse robotics.
Vaadates linde looduses
Linnud toetuvad liikumisele, mis hõlmab nende jalgade tahapoole voltimist, kui nad on kiikumisfaasis, ja meeskond omistas selle liikumise mehaanilisele haakeseadisele.
"See ei ole närvisüsteem, see ei ole elektriimpulss, see ei ole lihaste aktiivsus," ütleb Badri-Spröwitz. "Me püstitasime hüpoteesi, et suu-jala sideme funktsioon on lihaste ja kõõluste võrgustik, mis ulatub üle mitme liigese. Need mitme liigese lihased-kõõlused koordineerivad jala voltimist pöördefaasis. Oleme oma robotis rakendanud jalas ja jalalabas ühendatud mehaanika, mis võimaldab energiasäästlikku ja robustset robotiga kõndimist. Meie tulemused, mis demonstreerivad seda mehhanismi robotis, panevad meid uskuma, et sarnased tõhususe eelised kehtivad ka lindude puhul, ”selgitab ta.
Meeskond kontrollis oma hüpoteesi, ehitades robotjala, mis oli modelleeritud lennuvõimetu linnu jala järgi. Kunstlinnu jalg ehitati ilma mootorita. Selle asemel tugines see liigendile, mis oli varustatud vedru ja trossimehhanismiga. Seejärel kasutasid teadlased kaableid ja rihmarattaid, et jalg mehaaniliselt jala liigestega ühendada. Kõigil neil jalgadel on puusaliigese mootor, mis vastutab jala edasi-tagasi liigutamise eest, ja väike mootor, mis tõmbab jalga põlve painutades üles.
BirdBoti testiti jooksulindil, kui meeskond jälgis selle toidu voltimist ja lahtivoltimist.
"Jala- ja sääreliigesed ei vaja asendifaasis aktiveerimist, " ütleb Aghamaleki Sarvestani.
"Vedrud annavad neile liigestele jõu ja mitme liigesega vedru-kõõluse mehhanism koordineerib liigeste liikumist. Kui jalg tõmmatakse kõikumise faasi, vabastab jalg jala vedru – või lihaste-kõõluste vedru, nagu me usume, et see juhtub loomadel,” jätkab Badri-Spröwitz.
Null energiat seistes
Roboti jalg ei kasuta seistes energiat, mis tähendab, et see nõuab vaid veerandi oma eelkäija energiast.
Kui robot töötab, vabastab jalg jala vedru iga jalatõmbega. Lahtiühendamiseks lõdvestab jala suur liikumine kaablit, samal ajal kui ülejäänud jalaliigendid kõiguvad lõdvalt. See loob olekute ülemineku seismise ja jalgade kiigutamise vahel, mille robotitele annab tavaliselt liigeses olev mootor. Andur saadab tavaliselt signaali ka kontrollerile, mis lülitab roboti mootorid sisse ja välja.
«Varem lülitati mootoreid sõltuvalt sellest, kas jalg oli hoo- või seisufaasis. Nüüd võtab jalg selle funktsiooni kõndimismasinas üle, vahetades mehaaniliselt asendi ja kiigu vahel. Vajame ainult ühte mootorit puusaliigeses ja ühte mootorit põlve painutamiseks pöördefaasis. Jätame jalavedrude sisse- ja väljalülitamise lindudest inspireeritud mehaaniku hooleks. See on vastupidav, kiire ja energiasäästlik, ”ütleb Badri-Spröwitz.
BirdBot on füüsiline mudel, mis demonstreerib paljusid lindude hämmastavaid looduses esinevaid mehhanisme, näiteks neid, mis aitavad neil kiiresti tegutseda, ilma et peaksid mõtlema. Kui maas on muhk, lülitub BirdBoti jalg mehaaniliselt ja ilma viivituseta. Nii nagu linnud looduses, on ka robotil suur liikumiskindlus.
Selle uue uurimistöö tulemuseks võivad olla meetri kõrgused jalad, mida saab rakendada mitme tonni kaaluvate robotite kandmiseks, mis kõik on väikese võimsusega. BirdBoti ehitamine võib anda ka sügavaid uusi teadmisi bioloogiast, mis toob kaasa edusamme selles valdkonnas.
