Пьезомуха. И еще 5 бионических роботов

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботов

«Совершенных роботов все-таки не бывает. Этим они похожи на людей».
Роман Арбитман

Впрошлом номере «Пульса» мы рассказали об истории возникновения роботехники и о начальных, робких шагах талантливых античных механиков и средневековых инженеров по проектированию механических эквивалентов живых созданий – о первом этапе зарождения бионики.

И хотя сам термин «робот» возник лишь в XX веке, теперь мы знаем, что их прототипы появились уже в древности. В качестве источников энергии в них использовались земная гравитация (тяжелые гири), вода и горячий пар.

Сегодня же мы конструируем роботов, источником питания для которых является уже другой открытый нами вид энергии – электричество.

Конечно, вернее было бы говорить, что античные механизмы и средневековые устройства, имитирующие механику, внешний вид и поведение живых организмов, были родоначальниками протобионики, примерно так же как алхимия была предшественницей химии.

Все мы учились понемногу…

Решающим же толчком к формированию науки бионики в том виде, как мы знаем ее сегодня, явилось, по мнению большинства историков науки, открытие эхолокации у летучих мышей. (Для химии таким толчком было открытие Лавуазье кислородной теории горения.)

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовВ 1940-1950-е годы инженеры направили свои интеллектуальные усилия на создание прибора, подражающего природе, – эхолокатора, который на основе отраженных волн (звуковых, или радио) позволял бы «увидеть» цель на большом расстоянии, подобно тому как это делают дельфины или летучие мыши.

Однако достаточно быстро выяснилось, что природный эхолокатор дельфинов, возникший за миллионы лет до того, как мы появились на Земле, намного совершеннее.

Осознание этого досадного факта и послужило для ученых стимулом к более тщательному анализу и поиску в живой природе ответов для решения множества инженерно-технических задач.

Банк бионических идей на нашей планете практически неисчерпаем. Но часто оказывается, что ученые просто не в состоянии найти или синтезировать необходимые материалы для буквального моделирования того или иного гениального решения, которое уже существует в живой природе.

Например, усатые киты способны издавать инфразвуки, которые распространяются в толще океана на многие сотни километров. Чтобы смодулировать такие звуки, нам необходимы конструкции размером с многоэтажный дом, в то время как у китов для этого хватает гортанного мешка объемом в пару кубических метров. И вроде теоретически понятно, но… видит око, да зуб неймет.

Поэтому инженеры начали сосредотачиваться на более простых и технически воспроизводимых природных образцах, стремясь находить такие технические находки, подсказанные природой, которые можно реализовать и без буквального воплощения природного решения этих идей.

Современные бионические роботы

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовDEAnsect

Робот-муха, разработанный в Федеральной политехнической школе (Лозанна, Швейцария), весит около 1 грамма и летает с помощью искусственных мышц, работающих по технологии интегрированных диэлектрически-эластомерных приводов. Принцип очень похож на работы пьезоэлектрических источников ультразвука, когда под действием тока пьезокристалл начинает очень быстро колебаться. Фактически ученым удалось имитировать «вибромеханизм» полета живых насекомых.

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовТакие мышцы расположены на каждой из трех силиконовых ножек мухи, и каждая состоит из каучуковой мембраны, закрепленной между двумя электродами. При токе низкого напряжения электроды сближаются, сжимая мембрану, при отключении – возвращаются на место. Так достигается колебание частотой 400 раз в секунду, что позволяет роботомухе пролетать у вашего уха со скоростью 3-4 см в секунду.

Разработчики робота-мухи планируют создать систему, которая позволила бы рою таких мух коммуницировать и координировать свои коллективные действия в целях разведки.

Robird: робот-сапсан

Робот, сконструированный компанией Clear Flight Solutions (Нидерланды), предназначен специально для отпугивания птиц от аэропортов и других объектов, на которых присутствие стай птиц нежелательно и опасно.

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовС ростом авиаперевозок проблема столкновения самолетов с пернатыми стала важным фактором, угрожающим безопасности полетов. По статистике Boeing, за последние 30 лет такие столкновения привели к уничтожению более чем 245 самолетов и гибели 258 человек.

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовЧтобы отпугнуть птиц от зон летной активности, бионика разрабатывает целый ряд роботов, имитирующих внешность и поведение хищных птиц.

Сегодня Robird уже охраняет десятки аэропортов по всему миру, в том числе в Британии.

Неубиваемый робот-таракан

Инженеры из Калифорнийского университета (Беркли, США) создали уникального робота-таракана.

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовКорпус «насекомого» изготовлен из тонкой пластины метаматериала под названием поливинилиденфторид (PVDF), относящегося к классу пьезоэлектрических элементов. То есть он реагирует на электрический ток, по принципу схожему с роботом-мухой DEAnsect (см. выше).

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовВ передней части располагается специальная ножка, которая действует подобно рулю, направляя движения и задавая повороты. Благодаря двумерности робот способен без труда двигаться по самым разным поверхностям и сверхустойчив к внешнему механическому воздействию (например, падению кирпича или удару тапком). Это очень важно, поскольку большинство миниатюрных роботов чрезвычайно хрупки.

Таракан может подниматься на возвышенности, двигать и нести на себе небольшие грузы. По словам создателей, подобные роботы могут быть полезны в поисково-спасательных операциях, проникая в места, в которые обычными средствами попасть просто не получится, нести тревожные кнопки, лекарства, а также быть источником связи с погребенными под завалами.

Механические собаки Boston Dynamics

Boston Dynamics – на сегодняшний день мировой лидер в области роботостроения. Компания была создана Марком Райбертом в 1992 году в США. В 1972 году Райберт защитил диссертацию, в которой обосновал бионическую конструкцию конечностей, которые идеально подходят для движения роботов. Вдохновлялся он, конечно, механикой животных, в первую очередь четвероногих.

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовИ хотя технологическая компания занимается разработкой самых разных «линеек» роботов, один из самых известных ее проектов начался с создания роботов-собак «Big Dog».

Последняя версия механического пса – Spot. С прошлого года началось их серийное производство.

Spot способен бегать почти два часа на одном заряде аккумулятора, переносить около 15 кг полезного груза, работать в критических погодных условиях при температурах от -20 °C до +45 °C, сверхустойчив к ударам, дождю, грязи и пыли.

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовПо заявлению Boston Dynamics, Spot уже используется для мониторинга строительных объектов, проводит охрану газовых и нефтяных вышек, а также задействован в области общественной безопасности.

BionicFinWave: бионическая каракатица

Команда Bionics вдохновилась волнистыми гипнотизирующими движениями каракатицы.

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовПродольные волнообразные ребра у каракатицы расположены по обеим сторонам вдоль спины. Чтобы перемещаться в воде, она использует непрерывную волну, которая расходится по всей длине тела. Эта волна толкает воду назад, тем самым двигая животных вперед. Грех было не воспользоваться такой находкой природы.

Каракатица BionicFinWave используется для осмотра, анализа и сбора данных о химическом составе воды в системах очистки сточных вод.

Во время продвижения в трубопроводной системе биокаракатица коммуницирует с оператором или автономной нейросетью и передает в центр мониторинга такие данные, как уровень загрязнения, температура и давление,.

Механических змей – на службу нефтянке!

Другой подводный робот – Eelume. Морской змей, изобретенный норвежскими инженерами из стартапа «Kongsberg Maritime» специально для проведения глубоководных исследований и ремонтных работ на морском дне.

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовДаже находясь в специальном снаряжении, мы, надо признать, плохо приспособлены природой для проведения работ под водой. А вот роботы подходят для этих задач идеально, особенно если своей формой и движениями копируют живых подводных существ.

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовБионическая «змея» – результат плодотворного сотрудничества ученых из Норвежского университета науки и техники, стартапа «Kongsberg Maritime» и нефтяной компании «Statoil», которая и выступила бизнес-ангелом. Компания была крайне заинтересована в создании робота, способного проверять состояние оборудования, находящегося под водой, а также проводить другие специфические работы. (Будем надеяться, не перекусывать морские кабели.)

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовПорой кажется, что в век безумного научно-технического прогресса мы уже ушли, убежали и улетели от природы далеко-далеко. Однако связь эта не теряется, и, хорошо приглядевшись, ее всегда можно увидеть: инженеры и изобретатели создают вещи, которые доказывают, что своим прогрессом мы во многом обязан природе, ее не всегда очевидным подсказкам и секретам.

Пьезомуха. И еще 5 бионических роботовМир вокруг просто жужжит изобретениями и механизмами! Они плавают в морях, стрекочут над полями и ползают у наших ног. Нам же остается разобраться, как именно они работают. И повторить.

Дмитрий Бурлуцкий