Разработчики робототехники, в стремлении усовершенствовать создаваемые ими механизмы, уже не раз обращали свои взгляды на окружающую естественную среду обитания, так как эволюция является лучшим в мире изобретателем.
Совершенствование технологий последних десятилетий позволило создавать, так называемых «мягких» роботов из нанокомпозитных и полимерных ультра-аморфных деформируемых материалов.
Чтобы имитировать передвижение гусениц, которые в обычном состоянии ползают как обычно, а при возникновении угрозы резко перекатываются вперёд, подтягивая заднюю часть тела и потом отталкиваясь от поверхности, а переднюю часть формируя в форму окружности, был создан исследовательский мягкий робот «GoQBots». Условное тело этой механической «гусеницы» разбивается на функциональные компоненты. Существуют два основных растягивающих привода, которые позволяют независимо манипулировать передним и задним сгибанием. Весь механизм также состоит из пары хвостовых полозьев, которые обеспечивают боковую устойчивость при любом движении по инерции. Задняя часть тела сгибается, чтобы инициировать движение вперёд в типичной ползущей походке. Все иерархические типы роботов GoQBots поддерживают одинаковую архитектуру тела.
Эта архитектура, в основном, фокусируется только на прямолинейной баллистической функции качения. Во-первых, поперечное сечение робота должно быть куполообразным. Во-вторых, крошечные сегменты клиновидных ножек располагаются вдоль тела, чтобы обеспечить возможность брюшного сгибания. Поскольку уже упоминалось выше, что GoQBot производит движение по траектории движения, то ради лёгкости передвижения, голова молотка и пара хвостовых полозьев GoQBot функционируют подобно анальным ложноножкам и средним ногам животного. Созданный подобно гусенице робот состоит из головы в форме молотка цилиндрической формы с тонким слоем липкой силиконовой резины, которая улучшает трение. Пара боковых полозьев, выступающих из хвоста GoQBot, обеспечивает гораздо меньший контакт с поверхностью и помогает выровнять корпус в баллистическом движении качения. Эти же полозья также помогают стабилизировать траекторию тела, особенно во время низкоскоростной начальной стадии баллистического завихрения.
Личинки мотыльков и бабочек — это ещё одна категория живых организмов, которые передвигаются качением. Эта схема неплохо срабатывает против преобладающих охотников и позволяет быстро уйти от преследования. Существует достаточно большая категория гусениц, которые, когда их беспокоят, быстро сворачиваются в структуру, похожую на колесо. Этот метод увеличивает импульс, который способен транспортировать насекомое в движущийся локомотив, устремляющийся от преследователя со скоростью около 20 см в секунду. Несмотря на качественные и подробные описания этого поведения, очень мало известно о проблемах, связанных с его управлением и механикой. Гусеница должна использовать определённые схемы механических манипуляций, чтобы помочь нейронным моторным командам завершить трансформацию своей структуры менее чем за 100 мс и перейти на стабильную скорость для возврата в исходное состояние.
GoQBot может ползать в своей обычной рабочей морфологии, а также выгибаться в колесообразную конструкцию, чтобы увеличить скорость передвижения более чем в 20 раз. Кинематика очень похожа и повторяет траекторию, выбранную гусеницей во время рефлекса бегства. Сила реакции на грунт и высокоскоростное отслеживание кинематики выявляют множество важных механических и аналитических проблем. Эти результаты предлагают помощь в понимании нейронных и механических проблем, связанных с улучшением манипуляций с телом в медицинских учреждениях.
Роботы на основе дюймовых червей
Многочисленные исследования были проведены на основе червя и его примечательных моделей передвижения. Изучение червячков вдохновило на создание нового биометрического робота, известного как «Omegabot». Робот состоит из интеллектуальных композитных микроструктур (SMC). Это инновационное «создание» может двигаться в одном направлении и может приблизительно преодолевать длину своего тела за один ход по неровным поверхностям, краям листьев и ветвям деревьев. Китайские учёные также разработали робота на тех же принципах передвижения, что и у Omegabot, но этот робот представляет собой приводимого в действие двигателем сантиметрового червя с двунаправленными когтями. Японские разработчики разработали дюймового червяка с использованием электроконъюгированной жидкости (EFC), которая представляет собой жидкость, которая постоянно перетекает при воздействии высокого постоянного напряжения. Используемое свойство EFC приводит к деформации и всасыванию корпуса робота. Этот червь способен к двустороннему движению. Недавно китайцы сконструировали дюймового червячного робота с одним направлением движения, изготовленного из армированного стекловолокном пластика. Шаги этого механизированного дюймового червя составляют 1/24 длины его собственного тела. Дюймовые червячные роботы, как правило, имеют относительно небольшие шаги и часто способны двигаться только в одном направлении.
Дюймовый червь — это не вполне черви, а всё-таки больше гусеницы-личинки мотыльков семейства Geometridae. В зависимости от типа червя, части тела и расположение истинных ног, как правило, различаются. Например, у некоторых дюймовых червей есть две или три пары ложноножек на задней части тела и настоящие ноги спереди, в то время как у других дюймовых червей ножки расположены по всему телу.
Тело червя укорачивается, когда сокращаются продольные мышечные волокна, что приводит к деформации тела при изгибе. В результате того, что как истинные ноги, так и передние конечности остаются неактивными, червь использует петляющую походку для передвижения. Продольные мышечные волокна на теле могут приводиться в действие симметрично или асимметрично. Когда эти мышцы приводятся в действие асимметрично, тело червя подвергается несимметричной деформации, что, в свою очередь, приводит к тому, что червь использует одну из своих ног в качестве якоря и поворачивается. Однако, если продольные мышечные волокна приводятся в действие симметрично, червь будет передвигаться линейно. Если требуется как линейное, так и поворотное движение, то последовательность движения можно разделить на две: движение с тяговым усилием якоря и движение с толчком якоря.
В ходе исследования робот, созданный как биоимитация червя, был построен с использованием SSC-структур с памятью формы. Эти структуры способны имитировать как линейное, так и настраиваемое движение червяка. В зависимости от функции червя, сегменты будут отличаться по количеству. Две основные части — это тело и ноги. Робот уже достиг длины шага 54 мм, что составляет почти треть длины его тела, с линейной скоростью 3,6 мм. Таким образом эффективность линейной локомоции составляет 96,4%, при угле поворота шага 4,3 градуса, а эффективность поворотной локомоции сравнивалась с использованием различных конфигураций ног, чтобы определить лучшее решение и составила максимально 39,7%.
Линейная длина шага и угол поворота шага естественного дюймового червя намного ниже по характеристикам, чем у роботов. Эти роботы просты в своей конструкции, малы по весу, не производят шума и могут использоваться, когда гибкость и деформация являются приоритетом. Этот робот был бы эффективен при спасении и разведке там, где большие роботы не могут быть использованы. Повышение мобильности с использованием независимых систем управления — это область, которая в настоящее время активно развивается, и позволит повысить эффективность мобильности управления всей системой.
