Робот DirectHop из Университета Вашингтона прыгает через препятствия

Команда инженеров из Университета Вашингтона разработала прототип DirectHop — компактного робота, помещающегося в ладони. Устройство способно перепрыгивать стандартную лестничную ступеньку, приземляться, самостоятельно восстанавливать вертикальное положение и совершать повторные прыжки. Целью разработки является проверка гипотезы о том, может ли прыжковый метод передвижения стать практичным решением для малых роботов при преодолении препятствий без использования полетных технологий.

Механика прыжка без упругих элементов

В отличие от многих существующих аналогов, заимствующих механику у блох и использующих пружины для накопления энергии, DirectHop применяет иной подход. Пружинные механизмы затрудняют точный контроль дистанции прыжка, а их производство и эксплуатация становятся технически сложными по мере уменьшения размеров робота. В конструкции DirectHop используется крошечный электродвигатель и три складывающиеся ноги. Двигатель соединен леской с башней на корпусе робота: при ускорении мотор наматывает леску и поднимается по башне, вытягивая устройство в воздух.

Во время прыжка три шарнирные ноги раскладываются, обеспечивая выравнивание двигателя относительно стопы робота. «Мы обнаружили, что очень маленький электродвигатель способен разгоняться достаточно быстро, чтобы напрямую приводить в действие прыжок, подобно тому как мышцы лап лягушки обеспечивают ее скачок», — заявил ведущий автор исследования Ханьцюань (Джон) Ван, аспирант факультета машиностроения UW. Он также отметил, что регулировкой тока, подаваемого на двигатель, исследователи научились задавать высоту прыжка с точностью до одного сантиметра.

Стабилизация после приземления

Поскольку робот предназначен для серии прыжков, критической проблемой стало его поведение после приземления. DirectHop склонен кувыркаться в воздухе, поэтому команда оснастила его защитной рамой (roll cage), которая поддерживает конструкцию при падении на бок. Идею для этой рамы инженеры позаимствовали у панциря коробчатой черепахи, помогающему животному переворачиваться обратно.

С помощью смещения двигателя вниз по башне исследователям удалось вернуть робота в исходное положение в 90% случаев. Это действие смещает центр тяжести и позволяет устройству перевернуться на ногу, готовясь к следующему прыжку. На текущем этапе DirectHop остается прототипом: он получает питание по проводам и не обладает функцией навигации к заданной точке.

Перспективы применения

Разработчики полагают, что подобные устройства могут найти применение в группах недорогих роботов для инспекции нефтяных заводов, мониторинга сельскохозяйственных угодий или исследования других планет.