Большинство роботов не могут. Но исследователи из Университета Карнеги-Меллон создали мягких роботов, которые могут плавно переходить, например, от ходьбы к плаванию или от ползания к перекатыванию.

"Природа вдохновила нас на разработку робота, который может выполнять различные задачи и адаптироваться к окружающей среде без добавления приводов или усложнения", - сказал Динеш К. Патель, аспирант лаборатории Морфинг материи Института взаимодействия человека и компьютера Школы компьютерных наук. "Наш бистабильный привод прост, стабилен и долговечен и закладывает основу для будущих работ по динамической, реконфигурируемой мягкой робототехнике".

Бистабильный привод изготовлен из мягкой резины с 3D-печатью, содержащей пружины из сплава с памятью формы, которые реагируют на электрические токи сжатием, что приводит к изгибу привода. Команда использовала это бистабильное движение для изменения формы привода или робота. Как только робот меняет форму, он остается стабильным до тех пор, пока другой электрический заряд не вернет ему прежнюю конфигурацию.

"Сопоставление того, как животные переходят от ходьбы к плаванию, от ползания к прыжкам, является грандиозной задачей для биоинженерной и мягкой робототехники", - говорит Кармел Маджиди, профессор кафедры машиностроения инженерного колледжа КМУ.

Например, один робот, созданный командой, имеет четыре изогнутых привода, прикрепленных к углам корпуса размером с мобильный телефон, состоящего из двух бистабильных приводов. На суше изогнутые приводы действуют как ноги, позволяя роботу ходить. В воде бистабильные приводы изменяют форму робота, придавая изогнутым приводам идеальное положение для работы в качестве пропеллеров, чтобы он мог плавать.

"У вас должны быть ноги, чтобы ходить по суше, и у вас должен быть пропеллер, чтобы плавать в воде. Создание робота с отдельными системами, разработанными для каждой среды, добавляет сложности и веса", - сказал Сяонань Хуан, доцент кафедры робототехники Мичиганского университета и бывший аспирант Маджиди. "Мы используем одну и ту же систему для обеих сред, чтобы создать эффективного робота".

Команда создала двух других роботов: одного, который может ползать и прыгать, и другого, вдохновленного гусеницами и жучками-таблетками, которые могут ползать и кататься.

Приводам требуется всего сто миллисекунд электрического заряда, чтобы изменить свою форму, и они долговечны. Команда заставила человека несколько раз прокатиться на велосипеде по одному из приводов и сотни раз меняла форму своих роботов, чтобы продемонстрировать долговечность.

В будущем роботов можно было бы использовать в спасательных ситуациях или для взаимодействия с морскими животными или кораллами. Использование термоактивируемых пружин в приводах может открыть возможности для применения в области мониторинга окружающей среды, тактильных ощущений, реконфигурируемой электроники и связи.

"Существует множество интересных и захватывающих сценариев, в которых такие энергоэффективные и универсальные роботы, как этот, могли бы быть полезны", - сказал Лин Яо, доцент Cooper-Siegel в HCII и руководитель лаборатории Morphing Matter.

Исследование команды "Высокодинамичный бистабильный мягкий привод для реконфигурируемых мультимодальных мягких роботов" было опубликовано на обложке январского номера журнала за 2023 год. Передовые технологии материалов. В исследовательскую группу входили соавторы Патель и Хуан; Яо; Маджиди; Ичи Луо, студент магистратуры машиностроения в CMU; и Мрунмайи Мунгекар и М. Халид Джавед, оба с факультета механической и аэрокосмической инженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.