Роботов научат ходить по-человечески: ученые показали, как искусственные мышцы заставляют роботизированную ногу ходить и прыгать

Вы тоже замечали, как неуклюже и неестественно передвигаются даже шагающие роботы, особенно по неровным поверхностям? Отчасти так происходит из-за того, что все они приводятся в движение моторами, а не мышцами. Этой технологии уже две сотни лет, и ученые решили придумать кое-что получше.

Новая роботизированная нога, работающая на мускулах, не только более энергоэффективна, чем обычная, но и может совершать высокие прыжки и быстрые движения, а также обнаруживать препятствия и реагировать на них, причем без использования сложных датчиков. Научную работу вчера опубликовали в Nature Communications.

Мышцы, ответственные за сгибание и разгибание, работают по тому же принципу, что и у людей. Электрогидравлические приводы, которые ученые назвали HASEL, крепятся к скелету сухожилиями. Это пластиковые пакеты с маслом, примерно наполовину покрытые черным электродом.

Соавтор научной публикации Томас Бюхнер поясняет, что при подаче напряжения на электроды статическое электричество притягивает их друг к другу — почти каждый из нас испытывал этот эффект на личном опыте, когда в детстве натирал воздушный шарик о голову и поднимал себе волосы. В результате электроды сближаются, мешок становится короче и выталкивает масло в нужную сторону. Каким мышцам сокращаться, а каким растягиваться, решает компьютерный код.

Чтобы сравнить энергоэффективность, ученые, среди прочего, проверили, сколько энергии понапрасну преобразуется в тепло. Бюхнер рассказывает, что на инфракрасном изображении нетрудно заметить: у электрогидравлической ноги потребление энергии остается неизменным, а вот моторизированная потребляет гораздо больше, если она, например, согнута.

Другой соавтор публикации, Тосихико Фукусима, отмечает, что это важное преимущество: обычно роботам нужны устройства для рассеивания тепла. Новой системе они не нужны.

Эластичность позволяет электрогидравлической ноге лучше адаптироваться к поверхностям, что важно для мягкой робототехники. Руководитель команды ученых Роберт Катшман сравнивает это с возможностью сгибать колени при ходьбе.

Электродвигателям требуется, чтобы датчики постоянно сообщали, под каким углом находится нога. Все, что нужно мышцам — знать, согнуться или разогнуться. Когда мы подпрыгиваем, мы не думаем, под каким именно углом будем сгибать колени, чтобы благополучно приземлиться. Это применимо и к новой разработке: сустав адаптивно меняет угол сгибания в зависимости от поверхности.

Пока нога еще находится на ранней стадии разработки: прикреплена к стержню и прыгает по кругу. В будущем такие ноги вряд ли заменят тяжелую технику на стройплощадке, но проявят свои преимущества, когда нужно больше гибкости. Например, если создать роботов с такими ногами, питающихся от батарей, однажды они могут стать спасателями.