Команда учащихся швейцарских вузов, сотрудничающая с Европейским космическим агентством (ЕКА), создала и испытала робота, который передвигается прыжками. Такого прыгуна можно будет использовать для исследования небесных тел с низкой гравитацией: Луны, Марса или даже астероидов.
Новинку разработали в Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH Zurich), которую корреспондент "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) посетил на днях в рамках ознакомительной экскурсии Международной конференции научных журналистов (WCSJ 2019). Ещё одним вузом – участником проекта стал Цюрихский университет прикладных наук (ZHAW Zurich).
Новый робот называется SpaceBok. Устройство имеет четыре ноги и может прыгать на них. Как в своё время убедились астронавты, высадившиеся на Луну, при низкой гравитации это самый удобный способ передвижения.
Прыжки – это частный случай динамической ходьбы. Так специалисты называют способ передвижения, в котором есть моменты полёта, когда ни одна из ног робота или живого существа не касается грунта. Альтернативный способ, когда в каждый момент времени хотя бы одна конечность опирается на твердую поверхность, называется статической ходьбой.
Например, бег человека относится к динамической ходьбе, а передвижение шагом – к статической. Так, на соревнованиях по спортивной ходьбе судьи строго следят, чтобы спортсмены отрывали вторую ногу от земли не раньше, чем опустят первую. Иначе получается бег, а в данном случае это будет жульничеством: все знают, что бегает человек быстрее, чем ходит.
Впрочем, способ передвижения SpaceBok – это именно прыжки. Создатели сравнивают своё детище с антилопой спрингбоком, известной своей прыгучестью. Видимо, именно к этому животному отсылает последний слог в названии робота.
"Животные используют динамическую ходьбу из-за её эффективности, но до недавнего времени [большие] вычислительные мощности и [сложные] алгоритмы, необходимые для управления [динамической ходьбой], затрудняли её реализацию у роботов", – объясняет соавтор разработки Хендрик Кольфенбах (Hendrik Kolvenbach) из ETH Zurich.
Впрочем, сегодня динамическая ходьба роботов становится всё более популярной темой исследований.
SpaceBok не отличается габаритами: по высоте он не достаёт взрослому человеку даже до пояса. Тем не менее в условиях лунной гравитации он потенциально способен подпрыгнуть на два метра вверх. В ноги робота встроены пружины. Это позволяет ему использовать часть энергии предыдущего прыжка, чтобы сделать следующий.
Для машины, прыгающей так высоко, отдельной проблемой становится сохранить равновесие и, как кот, приземлиться на все лапы. Для этого робот оснащён "органом равновесия", позаимствованным у спутников – колесом реакции (reaction wheel). Устройство "подсказывает" роботу верную ориентацию.
Но как протестировать такого робота на Земле? Сымитировать пониженную гравитацию – задача нетривиальная. Например, при испытаниях марсианского вертолёта инженеры использовали особую систему подвесов.
Разработчики SpaceBok пошли другим путём. Они в некотором смысле "положили мир на бок", подменив вертикаль горизонталью.
На испытательном стенде ЕКА робот лежит на боку на скользящей платформе. Он отталкивается ногами от вертикальных стенок, прыгая между ними. В таком прыжке SpaceBok вместе с платформой перемещается по горизонтали. Сила трения платформы о поверхность, по которой она скользит, имитирует слабую гравитацию, препятствующую прыжку. Увидеть, как это происходит, можно на видео.
Подобные стенды были изготовлены для имитации относительно слабого лунного тяготения и совсем уж малого притяжения астероидов. В первом случае роботу удалось "подняться" на 1,3 метра, но инженеры не теряют надежды достичь заявленной цели в два метра.
Когда речь зашла об астероидах, прыжки стали ещё более впечатляющими. Но исследователям пришлось потрудиться, чтобы сделать силу трения в стенде достаточно низкой.
Для этого они использовали, как заявлено в пресс-релизе, самый гладкий пол в Нидерландах. Это эпоксидная плита размером 4,8 х 9 метра, неровности на которой не превышают в высоту 0,8 миллиметра. По такой практически зеркальной глади платформа с роботом скользила с минимальным трением. Исследователи даже воспроизвели в реальности легендарную видеоигру Pong (напоминающую настольный теннис), использовав робота в качестве волана.
В этих испытаниях робот отталкивался от ровных поверхностей. Теперь планируются более реалистичные тесты со сложным рельефом и прыжками через препятствия.
Добавим, что прыгающие роверы уже садились на астероид Рюгу. Также "Вести.Наука" ранее писали и о "земных" роботах-прыгунах, таких как механический кенгуру и машина, делающая сальто. Не обошли мы вниманием и роботов-скалолазов, которые пригодятся для освоения других планет.
