Исследовательские аппараты для Марса обычно имеют колеса, что позволяет им пересекать некоторые сложные участки на Красной планете. Однако со временем их системы начинают изнашиваться, и одно из колес застревает. Кампания «Free Spirit» в 2009 году стала самым известным случаем. К сожалению, эта кампания не увенчалась успехом, и теперь, 15 лет спустя, Spirit остается застрявшим в своем последнем пристанище. Все могло бы быть иначе, если бы NASA приняло новую парадигму роботов, разработанную Гуанмином Ченом и его коллегами из Лаборатории биовдохновения и интеллектуальных роботов Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики. Они разработали робота на основе пустынной ящерицы с адаптируемыми ногами и гибким «позвоночником», который, согласно их расчетам, хорошо подошел бы для пересечения марсианского реголита.
Планирование пересечения сложной местности не ограничивается застрявшими марсоходами. Curiosity и Perseverance, возможно, два самых известных марсохода, работающих на Марсе, в настоящее время тратят много времени, пытаясь избежать областей, где они могут запутаться. Это ограничивает их способность собирать какие-либо данные из этих областей, потенциально упуская некоторые классные камни, такие как чистая сера, которую Curiosity недавно впервые нашел на Марсе.
С другой стороны, робот, вдохновленный ящерицей, без проблем пересечет такую местность. У него также есть некоторые преимущества перед преодолением других типов местности, таких как камни. Большинство марсоходов не имеют достаточной подъемной силы ног, чтобы пересечь камни среднего размера, тогда как робот на ногах может, особенно тот, у которого есть регулируемые «пальцы», которые позволят ему схватить камень крепче, чем это было бы возможно для типичных роботов на ногах.
Кредит – Канал YouTube Калифорнийского университета в Беркли
Конструкция самого робота относительно проста — у него четыре «ноги», которые смещены относительно друг друга шасси, которое по сути выглядит как пустынная ящерица. У него даже есть хвост для уравновешивания. Каждая ступня имеет ряд из трех «пальцев», приводимых в действие пружинами. Они также имеют сервопривод для сочленения лодыжки и подшипник для управления вращением. Эта комбинация позволяет роботу-ящерице эффективно ходить на всех четырех ногах и регулировать каждую ногу, чтобы наилучшим образом адаптироваться к поверхности, по которой он «ходит».
Авторы выполнили ряд кинематических расчетов для различных типов местности, чтобы понять, как робот будет взаимодействовать с каждой из этих поверхностей. Кинематические расчеты обычно используются в робототехнике, когда проектировщики пытаются найти наилучший способ перемещения определенной части робота. Расчеты в этом случае относительно подробны, учитывая количество переменных частей. Однако алгоритм управления возможен с использованием только бортовых вычислений, что позволяет реализовать некоторую базовую автономную навигацию по местности, если архитектура когда-либо будет принята для использования в космосе.
Создание настоящего прототипа было бы отличным способом поработать над этим навигационным алгоритмом, и именно это и сделали исследователи. Они напечатали на 3D-принтере многие детали для шасси и стопы, встроили несколько батарей и контроллеров в головную и хвостовую части и начали тестировать прототип на имитированной марсианской испытательной местности.
Они протестировали все, от захвата рыхлого реголита до лазания по небольшим камням, и их алгоритм, казалось, работал эффективно для обработки относительно простой местности на испытательном стенде. Однако фактическая скорость движения робота была медленнее, чем изначально моделировалась, в основном из-за технических трудностей в балансировке движений пружин и позвоночника.
Несмотря на все проблемы, возникшие во время физических испытаний, эта новая итерация робота является шагом в правильном направлении, поскольку эта лаборатория разрабатывает подобные системы уже много лет. Они также планируют перейти к другой версии, включая установку непрерывного источника питания и полную реализацию автономного алгоритма навигации. Их исследование финансируется как провинцией Цзянсу, так и Министерством науки и технологий Китая, поэтому, похоже, оно продолжит получать поддержку, по крайней мере, в обозримом будущем.
Узнать больше:
Чен и др. – Разработка робота, вдохновленного ящерицей, для исследования поверхности Марса
UT – Извлечение духа, день 1: привод остановился через 1 секунду
UT – Биомимикрия и исследование космоса
UT – Роботы могут совершить прыжок, чтобы исследовать Луну
Главное изображение:
Изображение прототипа биомиметического робота-ящерицы.
Автор – Чен и др.
