Как человеческие колени. Новые роботизированные суставы исправляют 99% неточностей и держат в 3 раза больше веса

Об этом пишет издание Interesting Engineering.

Суставы работают как парные кривые поверхности, катящиеся и скользящие друг по другу, соединенные гибкими элементами. Каждую часть сустава оптимизируют под конкретные задачи и силы, которые он должен выполнять. Благодаря этому энергия расходуется эффективнее, и роботы могут использовать меньшие моторы без сложных систем управления.

«Когда вы знаете, что робот должен делать, например ходить, можно продумать, где именно нужно прикладывать силу», — пояснил Колтер Декер, аспирант Гарварда и первый автор исследования.

«Если мы встроим эти решения в сам механизм робота, он станет более эффективным. Мотор может быть меньше, потому что энергия направляется точно туда, где она нужна».

«Мы стремимся переложить как можно больше контроля движения на механику и материалы робота, чтобы система управления могла сосредоточиться на задачах. Метод Колтера делает это очень элегантно, и математически, и механически», — добавил Роберт Вуд, старший автор статьи.

Идея возникла во время работы над «мягкими» роботизированными захватами, которые должны осторожно обхватывать объекты, но держать их крепко. Сочетание жестких звеньев с гибкими суставами позволило командам моделировать роликовые суставы, как кости и хрящи человека.

В тестах новый сустав, подобный коленному, исправлял 99% неточностей по сравнению со стандартными суставами. Роботизированный захват с двумя «пальцами», созданный по той же методике, мог держать втрое больший вес, чем стандартный, при тех же моторах.

Традиционные роликовые суставы имеют простую круглую форму. Метод Гарварда позволяет делать неровные поверхности, которые движутся по заданным траекториям и передают силы точно так, как нужно.

«Мы делали математику, чтобы определить, какие поверхности и шкивы обеспечат нужную траекторию и силу, — сказал Декер, — Затем можно оптимизировать суставы для ходьбы, прыжков или захвата предметов».

Оптимизированные суставы можно использовать во многих сферах: экзоскелетах, вспомогательных устройствах, роботах, напоминающих людей, а также в биомеханических исследованиях животных.

Этот подход приближает роботов и устройства к естественному движению, используя саму механику для сложных задач, вместо того, чтобы полагаться только на программное обеспечение.