Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2015 № 11

Ныне существует множество роботов BEAM, использующих солнечные батареи для питания двигателя, что позволяет им автономно работать при различном освещении. Современная микроэлектроника дошла уже до того, что позволяет создавать роботов размером с ладонь или даже с ноготь пальца на руке.

Среди них популярны гибриды — роботы BEAMbots, использующие топологию «лошадь-и-всадник». Показательный пример такого гибрида недавно был продемонстрирован учеными Калифорнийского университета в Беркли (США). Они научили робота-таракана запускать робота-птицу, которая требует предварительного разгона для взлета.

Шестиногий робот-таракан X2-VelociRoACH отпечатан на 3D-принтере. Он весит всего 54 г, но передвигает ногами с частотой 45 Гц, разгоняясь до 5 м/с, что является своего рода мировым рекордом для шагающих роботов таких размеров.

На нем «сидит верхом» летающий робот-орнитоптер H2Bird, который машет крыльями с частотой 5 Гц. При весе 13 г орнитоптер взлетает со спины таракана, как только тот достигает скорости в 1,3 м/с.

Исследователи полагают, что у необычного тандема блестящие перспективы. Подобные конструкции в будущем могут быть использованы, например, в качестве разведывательных роботов. Робот-таракан X2-Veloci-RoACH, который умеет быстро бегать, нырять в щели и карабкаться по препятствиям, будет осуществлять наземную разведку. А робот-птица H2Bird тем временем станет обозревать местность свысока…

Костя Горбуновдемонстрирует свой доклад на планшете.

В настоящее время существуют разные виды («тропы») роботов BEAM, которые созданы для выполнения разных задач. Наиболее часто встречаются фототропы, поскольку поиск света является наиболее очевидной задачей для использующего солнечную энергию робота. Далее, аудиотропы реагируют на звуки, причем аудиофилы следуют за источниками звука, а аудиофобы, напротив, уходят от них. Радиотропы реагируют на радиочастоты, а термотропы — на тепло…

Роботы BEAM имеют также множество механизмов движения и позиционирования. Например, роботы-вибраторы используют небольшой мотор со смещенным центром тяжести для вибрации, а роботы-змеи движутся по горизонтальной волне, в отличие от роботов-червей, которые движутся по продольной волне. Существуют еще и кроулеры: роботы, движущиеся с помощью гусениц, колес или механических ног. Словом, их ныне придумано немало, включая роботов, движимых искусственными мускулами.

1. Модель робота-муравья.

2. Роботы-муравьи способны действовать группами.

Схема робота-муравья.

Цифрами обозначены: 1— оптический сенсор; 2— 3D-стереокамера; 3— антенна; 4— схема управления на микрочипах; 5— радиомодуль; 6— преобразователь напряжения; 7— процессор; 8— электробатареи; 9— пьезоэлектрические «мышцы» ног; 10— пьезоэлектрические «мышцы» жвал-хватателей.

Ежегодно в г. Теллуриде (штат Колорадо, США) проводится международное собрание ученых, занимающихся ВЕАМ-роботами, для обмена опытом. До недавнего времени в собраниях участвовал и сам Марк Тильден, однако ныне ему пришлось отказаться от участия из-за сильной занятости.

Тем не менее, и без него конструкторы всякий раз демонстрируют все новые интересные экспонаты. Так, сотрудники Стэнфордского университета недавно продемонстрировали крошечных роботов-силачей, способных перемещать предметы, вес которых в сотни или даже тысячи раз превосходит их собственный.

Главный секрет этих роботов скрыт в их конечностях, которые скопированы с лап гекконов. Поверхность «ступней» роботов покрыта специальными резиновыми

пластырями, усеянными микроскопическими резиновыми шипами. Когда пластырь прикладывается к поверхности и на него оказывается вертикальное давление и продольное усилие, шипы изгибаются, увеличивая во много раз площадь контакта с поверхностью. А когда робот тянет свою конечность вперед, то шипы распрямляются и конечность без проблем отделяется даже от вертикальной поверхности.

Крошечные могучие роботы перемещаются способом, который также позаимствован у живой природы. Подобно гусенице, часть которой при перемещении находится в контакте с поверхностью, одна или две конечности робота всегда прикреплены к поверхности и удерживают на себе вес груза. Такой подход позволяет роботу совершать шаги, практически не затрачивая на это энергию, которая почти полностью расходуется на перемещение груза. В итоге робот весом всего в 9 г поднимает по вертикальной поверхности груз весом более 1 кг.

Еще один крошечный робот весом 20 мг может поднимать канцелярскую скрепку весом в 500 мг. Этот робот так мал, что инженеру Эллиоту Хоксу пришлось использовать микроскоп, пинцет и другие тонкие инструменты для изготовления деталей и окончательной сборки этого робота.

Но самой внушительной силой обладает робот-ползун под названием uTug. Сам он весит всего 12 г, но способен тянуть груз, вес которого в 2000 раз превышает его собственный. «Это как если бы обычный человек попытался тянуть голубого кита», — сказал Дэвид Кристенсен, один из инженеров, принимавший участие в изготовлении робота-силача.

В будущем, считают исследователи, роботы подобной конструкции могут оказаться очень полезны для перемещения тяжестей на строительных площадках или на промышленных производствах. Они могут оказать неоценимую помощь и при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, например, при пожаре подниматься по стенам горящего небоскреба, таща за собой спасательный канат.

Но для реализации задуманного инженерам потребуется научиться делать резиновые пластыри большей площади, которые будут крепиться на конечностях больших и более мощных роботов.

1. ВЕАМ-робот издалека можно принять за стрекозу.

2. Робот-таракан с наездником-орнитоптером.

3. Робот-силач.

Технология BEAM лучше всего подходит для начала изучения робототехники, логических схем и микроэлектроники. ВЕАМ-конструкции дешевы, просты и могут быть построены любителями всего за несколько часов.

Для того чтобы сделать своего первого робота, необходимо познакомиться всего с несколькими электронными деталями.

Прежде всего, утверждает Костя Горбунов, вам понадобится электромотор (их обычно два, но можно сделать робота, используя всего один электродвигатель). Далее фотоэлемент (обычно фототранзистор или фотодиод, их тоже понадобится пара штук), простая логическая микросхема (она будет служить «нервной системой» и силовой частью робота, управляющей электромоторчиками), батарейки.