Pastaraisiais metais, sparčiai vystant robotiką, keturkojai robotai palaipsniui tapo tyrimų tašku. Jie ne tik parodo didelį potencialą karinių, gelbėjimo, logistikos ir kt. Laukuose, bet ir skatina mokslo ir technologijų eigą bionikoje, judesių kontrolėje ir kt. Neseniai vienas greičiausių pasaulyje keturgalvių robotų pritraukė plačiai paplitusią dėmesį į bėgimo greitį, viršijantį 10 metrų per sekundę (apie 36 kilometrus per valandą), o tai netgi viršijo daugelio žemės paviršiaus greitį. Šio proveržio raktas yra jo anglies pluošto kojų struktūroje, skirtoje imituoti jerboas.
Šiame straipsnyje išsamiai ištirta techniniai principai, bioninis dizainas, anglies pluošto medžiagų taikymas ir šio keturgalvio roboto ateities perspektyvos.
Keturkampis robotas yra robotas, imituojantis keturkojo judėjimo judėjimą. Jo dizaino įkvėpimas daugiausia iš žinduolių gamtoje, pavyzdžiui, šunys, katės, arkliai ir kt., Palyginti su ratiniais ar stebėtais robotais, keturgalviai robotai turi stipresnį reljefo pritaikomumą ir gali stabiliai judėti sudėtingoje aplinkoje, pavyzdžiui, tvirti kalnai, griuvėsiai ar sniego.
Pastaraisiais metais keturkojų robotų srityje padaryta reikšminga pažanga. Pavyzdžiui, „Boston Dynamics“ robotas buvo naudojamas pramoniniuose patikrinimuose, statybose ir kituose scenarijuose. Nepaisant puikaus keturgalvio robotų stabilumo ir pritaikomumo, jų judėjimo greitis visada buvo vienas iš techninių kliūčių. Dauguma keturkojų robotų važiuoja tik kelių metrų per sekundę greičiu, daug mažesniu nei daugelio sausumos gyvūnų bėgimo galimybė.
Siekdami nutraukti šį apribojimą, tyrėjai pradėjo ieškoti įkvėpimo iš gamtos, o kengūros žiurkės tapo svarbiu bioniniu objektu.
Jerboos yra maži graužikai, gyvenantys dykumos vietose, žinomi dėl puikių šokinėjimo galimybių ir greito bėgimo. Jerboas užpakalinės kojos struktūra yra labai ypatinga, pasižymi šiomis savybėmis:
Ilgi ir stiprūs veršeliai:
Jerboas blauzdos kaulai yra liekni ir lengvi, todėl gali kaupti ir išlaisvinti didelę elastinės potencialo energijos kiekį.
Efektyvi sausgyslių sistema:
Jerboas sausgyslės turi ypač didelį elastinį efektyvumą, o tai gali sumažinti energijos nuostolius šokinėjant ir bėgant.
Greita reakcija:
Jerboas nervų sistema gali greitai sureguliuoti raumenų ir sausgyslių įtempimą, taip pasiekiant efektyvų šokinėjimą ir bėgimą.
Šios savybės leidžia „Jerboas“ greitai judėti dykumoje, vengti plėšrūnų ir rasti maisto. Imitavę „Jerboas“ blauzdos struktūrą, tyrėjai suprojektavo naujo tipo anglies pluošto blauzdą ir pritaikė jį keturgalviams robotams.
Anglies pluoštas yra lengvos ir stiprios medžiagos, plačiai naudojamos aviacijos ir kosmoso, automobilių gamybos ir sportinės įrangos. Ketvirkopuose robotuose anglies pluošto blauzdos dizainas turi šiuos pranašumus:
Lengva:
Anglies pluošto tankis yra daug mažesnis nei metalinių medžiagų, o tai gali žymiai sumažinti roboto svorį ir taip padidinti jo judėjimo greitį.
Didelė jėga:
Anglies pluošto stiprumas yra didesnis nei daugumos metalinių medžiagų ir gali atlaikyti didžiulį poveikį, kurį sukelia veikiantis dideliu greičiu.
Aukštas elastinis modulis:
Anglies pluoštas pasižymi geromis elastinėmis savybėmis ir gali kaupti bei išlaisvinti energiją, pavyzdžiui, „Jerboas“ sausgysles, taip pagerindamas roboto judėjimo efektyvumą.
Didžiausias šio keturgalvio roboto akcentas yra tas, kad jo bėgimo greitis viršija 10 m/s, kuris yra daug greitesnis nei esami keturkojai robotai ir netgi arti valymo gepardų greičio (apie 30 m/s). Šį proveržį daugiausia lemia šios technologijos:
Bioninio dizaino ir anglies pluošto medžiagų derinys:
Imitavus „Jerboa“ blauzdos struktūrą ir sujungdamas anglies pluošto medžiagų lengvus ir didelio stiprumo charakteristikas, robotas gali išlaikyti stabilumą ir efektyvumą, kai veikia dideliu greičiu.
Efektyvus energijos konvertavimas:
Anglies pluošto blauzdos elastinės energijos kaupimo mechanizmas gali paversti roboto kinetinę energiją į elastinę potencialią energiją ir ją išlaisvinti kitame etape, taip sumažindamas energijos nuostolius.
Intelektuali valdymo sistema:
Robotas yra aprūpintas patobulintais judesio valdymo algoritmais, kurie realiuoju laiku gali sureguliuoti eisenos ir sąnario kampus, kad būtų pritaikytos skirtingos reljefo ir greičio reikalavimai.
Šio pasaulio greičiausias keturkojis robotas turi plačias programų perspektyvas daugelyje sričių:
Gelbėjimas ir paieška bei gelbėjimas:
Stichinės nelaimės ar avarijos vietoje robotas gali greitai patekti į pavojingą vietą, kad ieškotų išgyvenusių asmenų ar perduotų informaciją.
Karinė ir saugumas:
Robotas gali būti naudojamas pasienio patruliams, žvalgybos misijoms ar pavojingų prekių tvarkymui.
Logistika ir transportas:
Sudėtingoje reljefe robotas gali greitai gabenti medžiagas, ypač sunkiai prieinamose vietose, tokiose kaip kalnuotose vietose ar nelaimių teritorijose.
Moksliniai tyrimai:
Robotas gali būti naudojamas tiriant gyvūnų judėjimo mechanizmus, bioninio dizaino ir greitojo judesio kontrolės algoritmus.
