რობოტები
მეცნიერებმა ააშენეს ენერგოეფექტური BirdBot
მაქს პლანკის ინტელექტუალური სისტემების ინსტიტუტის (MPI-IS) მეცნიერთა ჯგუფმა ალექსანდრე ბადრი-სპროვიცის ხელმძღვანელობით ააშენა რობოტის ფეხი, რომელიც დაფუძნებულია უფრენი ფრინველების ბუნებრივ მოდელზე. ახალი BirdBot შეიქმნა ნაკლები ძრავით, ვიდრე სხვა მანქანები, და თეორიულად, მას შეეძლო მასშტაბირება დიდი ზომის.
ბადრი-სპროვიცი ხელმძღვანელობს Dynamic Locomotion Group-ს, რომელიც ასრულებს კროსოვერი მუშაობას ბიოლოგიისა და რობოტიკის სფეროებში. გუნდში შედიოდა ალბორზ აღამალეკი სარვესტანი, ბადრი-სპროვიცის დოქტორანტი; მეთინ სიტი, რობოტი და MPI-IS-ის დირექტორი; და მონიკა ა. დეილი, ბიოლოგიის პროფესორი კალიფორნიის უნივერსიტეტში, ირვინში.
კვლევა ჟურნალში გამოქვეყნდა მეცნიერება რობოტები.
ვეძებთ ფრინველებს ბუნებაში
ჩიტები ეყრდნობიან მოძრაობას, რომელიც გულისხმობს ფეხების უკან გადახვევას, როდესაც ისინი რხევის ფაზაში არიან და გუნდმა ეს მოძრაობა მიაწერა მექანიკურ შეერთებას.
"ეს არ არის ნერვული სისტემა, ეს არ არის ელექტრული იმპულსები, ეს არ არის კუნთების აქტივობა", - ამბობს ბადრი-სპროვიცი. „ჩვენ ვივარაუდეთ ფეხი-ფეხის შეერთების ახალი ფუნქცია კუნთებისა და მყესების ქსელის მეშვეობით, რომელიც ვრცელდება რამდენიმე სახსარზე. ეს მრავალსახსრიანი კუნთ-მყესი კოორდინაციას უწევს ფეხის დაკეცვას სვინგის ფაზაში. ჩვენს რობოტში ჩვენ განვახორციელეთ დაწყვილებული მექანიკა ფეხსა და ტერფში, რაც იძლევა ენერგოეფექტურ და გამძლე რობოტის სიარულის საშუალებას. ჩვენი შედეგები, რომლებიც ასახავს ამ მექანიზმს რობოტში, გვაფიქრებინებს, რომ მსგავსი ეფექტურობის სარგებელი ასევე ეხება ფრინველებს“, - განმარტავს ის.
ჯგუფმა გამოსცადა მათი ჰიპოთეზა რობოტული ფეხის აგებით, რომელიც მოდელირებული იყო უფრენი ფრინველის ფეხის მიხედვით. ხელოვნური ფრინველის ფეხი აშენდა ძრავის გარეშე. ნაცვლად ამისა, იგი ეყრდნობოდა სახსარს, რომელიც აღჭურვილი იყო ზამბარით და საკაბელო მექანიზმით. შემდეგ მკვლევარებმა გამოიყენეს კაბელები და საბურავები ფეხის მექანიკურად დასაკავშირებლად ფეხის სახსრებთან. თითოეულ ამ ფეხს აქვს ბარძაყის სახსრის ძრავა, რომელიც პასუხისმგებელია ფეხის წინ და უკან რხევაზე, და პატარა ძრავა, რომელიც აწევს ფეხს მუხლის მოხვევით.
BirdBot ტესტირება ჩაუტარდა სარბენ ბილიკზე, როდესაც ჯგუფი აკვირდებოდა მის საჭმლის დაკეცვასა და გაშლას.
„ფეხისა და ფეხის სახსარს დგომის ფაზაში აქტივაცია არ სჭირდება“, - ამბობს აღამალეკი სარვესტანი.
„ზამბარები აძლიერებენ ამ სახსრებს და მრავალსახსრიანი ზამბარა-ტენდონის მექანიზმი კოორდინაციას უწევს სახსრების მოძრაობას. როდესაც ფეხი გადადის რხევის ფაზაში, ფეხი წყვეტს ფეხის ზამბარს - ან კუნთოვან-მყესის ზამბარას, როგორც ჩვენ გვჯერა, რომ ეს ხდება ცხოველებში,” - განაგრძობს ბადრი-სპროვიცი.
ნულოვანი ენერგია დგომისას
რობოტის ფეხი დგომისას არ იყენებს ენერგიას, რაც იმას ნიშნავს, რომ მას სჭირდება მხოლოდ მისი წინამორბედის ენერგიის მეოთხედი.
როდესაც რობოტი მუშაობს, ფეხი წყვეტს ფეხის ზამბარას ყოველი ფეხის რხევისას. გათიშვის მიზნით, ფეხის დიდი მოძრაობა აქრობს კაბელს, ხოლო დარჩენილი ფეხის სახსრები თავისუფლად მოძრაობს. ეს ქმნის მდგომარეობათა გადასვლას დგომასა და ფეხის რხევას შორის, რაც ჩვეულებრივ რობოტებს მიეწოდება სახსრის ძრავით. სენსორი ასევე ჩვეულებრივ აგზავნის სიგნალს კონტროლერზე, რომელიც ჩართავს და გამორთავს რობოტის ძრავებს.
„ადრე, ძრავები იცვლებოდა იმის მიხედვით, იყო თუ არა ფეხი სვინგის ან დგომის ფაზაში. ახლა ფეხი იღებს ამ ფუნქციას სასეირნო მანქანაში, მექანიკურად გადადის დგომასა და საქანელას შორის. ჩვენ გვჭირდება მხოლოდ ერთი ძრავა ბარძაყის სახსარში და ერთი ძრავა მუხლის მოსახვევად რხევის ფაზაში. ფეხის ზამბარის ჩართულობას და გამორთვას ვუტოვებთ ჩიტისგან შთაგონებულ მექანიკას. ეს არის ძლიერი, სწრაფი და ენერგოეფექტური“, - ამბობს ბადრი-სპროვიცი.
BirdBot არის ფიზიკური მოდელი, რომელიც ასახავს ბუნებაში ფრინველების მრავალი საოცარი მექანიზმის დემონსტრირებას, როგორიცაა ის, რაც მათ ეხმარება სწრაფად იმოქმედონ ფიქრის გარეშე. თუ მიწაში ნაკაწრია, BirdBot-ის ფეხი ცვლის მექანიკურად და დროის შეფერხების გარეშე. ბუნებაში ჩიტების მსგავსად, რობოტს აქვს მაღალი მოძრაობის გამძლეობა.
ამ ახალმა კვლევამ შეიძლება გამოიწვიოს მეტრის სიმაღლის ფეხები, რომლებიც შეიძლება განხორციელდეს რამდენიმე ტონა წონის რობოტების გადასატანად, ყველა მცირე სიმძლავრის მქონე. BirdBot-ის მშენებლობამ ასევე შეიძლება უზრუნველყოს ღრმა ახალი ხედვა ბიოლოგიაში, რაც გამოიწვევს ამ სფეროში წინსვლას.
