Опубликованное в журнале Science Robotics исследование проглядывает будущее, в котором проворные микророботы смогут ползать по крошечным пространствам, скользить по опасной местности и ощущать окружающую среду без вмешательства человека.

Новый гарвардский робот был создан в лаборатории Роберта Дж. Вуда, профессора инженерных и прикладных наук Гарри Льюиса и Марлин Макграт в SEAS. Это модификация Гарвардского амбулаторного микроробота (HAMR), микророботической платформы, первоначально созданной по образцу ловкого, трудноубиваемого таракана. Теперь HAMR оснащен роботизированной фуркулой - раздвоенным, похожим на хвост придатком, спрятанным под телом пружинохвоста, которым он отталкивается от земли, чтобы поднять Симону Байлз в воздух.

"Пружинистые хвосты интересны как источник вдохновения, учитывая их повсеместное распространение, как пространственное, так и временное, на всех эволюционных уровнях", - сказал Вуд. "У них есть этот уникальный механизм, который предполагает быстрый контакт с землей, подобный быстрому удару, для передачи импульса и инициирования прыжка".

Чтобы подняться в воздух, робот использует так называемое пружинное срабатывание, опосредованное защелкой, при котором потенциальная энергия накапливается в упругом элементе - фуркуле, который может быть задействован за миллисекунды подобно катапульте. Это физическое явление снова и снова встречается в природе, и не только у хвостоколов: от щелкающего языка хамелеона до убивающего добычу придатка креветки-богомола.

Команда Вуда ранее создала робота-перфоратора, вдохновленного креветками amantis. "Казалось естественным попытаться изучить использование аналогичного механизма, наряду с результатами прыжков с пружинным хвостом, для небольших прыгающих роботов", - сказал Вуд.

Фуркула springtail также элегантно проста и состоит всего из двух или трех соединенных между собой элементов. "Я думаю, что простота - это то, что изначально привлекло меня к изучению такого типа решений", - сказал первый автор и бывший научный сотрудник SEAS Франсиско Рамирес Серрано.

Команда использовала оптимизированные рабочие процессы микропроизводства, впервые разработанные в лаборатории Wood lab, для разработки робота размером с ладонь, легкого, как скрепка, который может ходить, прыгать, карабкаться, наносить удары и даже подбирать предметы.

Робот демонстрирует одни из самых длинных и высоких прыжков среди всех существующих роботов по отношению к длине тела; его наилучшая производительность составляет 1,4 метра, или в 23 раза больше его длины. Напротив, аналогичный робот может прыгнуть в два раза дальше, но превосходит гарвардского робота в 20 раз.

"Существующие микророботы, которые передвигаются по ровной местности и прыгают, и близко не обладают той маневренностью, которой обладает наша платформа", - сказал Серрано.

Команда внедрила детальное компьютерное моделирование в конструкцию робота, чтобы помочь ему каждый раз приземляться оптимально, точно контролируя длину его рычагов, количество запасенной в них энергии и ориентацию робота перед взлетом.

Объединение всевозможных спортивных способностей в одном легком роботе вдохновляет команду на будущее, в котором роботы, подобные их, смогут проходить там, где люди не могут или не должны этого делать.

"Ходьба обеспечивает точный и эффективный способ передвижения, но ограничена в плане преодоления препятствий", - сказал Вуд. "Прыжки позволяют преодолевать препятствия, но они менее контролируемы. Сочетание двух режимов может быть эффективным для навигации в естественной и неструктурированной среде."

Исследование было поддержано Исследовательским управлением армии США в рамках гранта № W911NF1510358.