Создан робот без ног, способный прыгать на три метра в высоту — видео
Вдохновившись движениями крошечного паразитического червя, инженеры из Технологического института Джорджии разработали пятидюймового мягкого робота, способного допрыгнуть до баскетбольного кольца. Изобретение описано в Science Robotics.
Выглядит робот несколько необычно — силиконовый стержень с углеродным каркасом. Зато он может подпрыгивать на три метра вверх, несмотря на отсутствие ног. Исследователи сделали его после изучения замедленных видео, на которых запечатлены прыжки нематод.
«Нематоды — удивительные существа с телами тоньше человеческого волоса, — восхищен Санни Кумар из Школы химической и биомолекулярной инженерии (ChBE). — У них нет ног, но они могут прыгать на расстояние, в 20 раз превышающее длину их тела. Это как если бы я, лежа, смог подпрыгнуть на высоту трехэтажного дома».
Нематоды, или круглые черви, — одни из самых многочисленных существ на Земле. Они обитают в окружающей среде, а также внутри людей, других позвоночных и растений. Эти паразиты могут вызывать заболевания у хозяина, а иногда бывают полезными — например, фермеры и садоводы используют их вместо пестицидов для уничтожения вредителей и защиты растений.
Один из способов, которыми они прикрепляются к хозяину перед проникновением в тело, — прыжки. С помощью высокоскоростных камер преподаватель Калифорнийского университета в Беркли Виктор Ортега-Хименес наблюдал, как эти существа гнут свои тела в разные формы в зависимости от направления прыжка.
«У меня ушло больше года на разработку надежного метода, позволяющего заставить этих крошечных червей стабильно прыгать с листа бумаги и впервые заснять их движения в мельчайших деталях», — поделился он.
Чтобы прыгнуть назад, нематода поднимает голову и сжимает середину тела, создавая изгиб. Эта поза напоминает человека, готовящегося к прыжку из полуприседа. Затем червь использует накопленную в изгибе энергию, чтобы оттолкнуться назад, переворачиваясь в воздухе, как гимнаст, выполняющий сальто назад.
Для прыжка вперед червь выпрямляет голову и создает изгиб на противоположном конце тела, направленном вверх. Эта стойка похожа на подготовку к прыжку в длину с места. Однако вместо прыжка вперед нематода резко взлетает вверх.
«Изменяя центр масс, эти существа контролируют направление прыжка. Мы не знаем других организмов такого размера, способных прыгать в обе стороны с одинаковой высотой», — отметил Кумар.
И они делают это, практически завязывая свое тело в узел.
«Обычно изгибы — это проблема. Изгибы кровеносных сосудов могут привести к инсульту. Изогнутая соломинка бесполезна. Перегнутый шланг плохо пропускает воду. Но изгиб тела нематоды накапливает энергию, которая используется для прыжка», — говорит постдокторант ChBE Ишант Тивари.
После анализа видео команда создала симуляции прыгающих нематод, а затем разработала мягких роботов, имитирующих их движения. Позже роботы были усилены углеродным волокном для увеличения высоты прыжка.
Ученые выяснили, что изгибы позволяют нематодам накапливать больше энергии для прыжка. Они высвобождают ее за десятую долю миллисекунды, чтобы подпрыгнуть, и при этом достаточно прочны, чтобы повторять процесс многократно.
Применение прыгучих роботов из углеродного волокна или других эластичных материалов, способных выдерживать и использовать изгибы, может быть весьма обширным.
«Недавно прыгающий робот был отправлен на Луну, а другие прыгающие роботы создаются для поисково-спасательных операций, где нужно преодолевать сложный рельеф и препятствия. Наша лаборатория продолжает находить интересные способы, которыми животные используют свои уникальные тела, а затем создает роботов, имитирующих их», — заключил Кумар.
Новый робот перепрыгивает с ветки на ветку, как белка — видео
Изобретен робот, способный прыгать на 120 метров в высоту