Учені знайшли ідеальну форму для роботів майбутнього

Як повідомляють дослідники з Університету Дьюка у своїй науковій статті, нова розробка отримала назву Argus. Ця дивовижна 20-нога машина не має визначеного переду чи заду, що повністю змінює уявлення про маневреність роботів, пише LiveScience.com.

Математика допомагає створювати роботів майбутнього

Протягом десятиліть робототехніки надихалися живою природою, будуючи машини, які нагадують людей, собак, комах і навіть коней. Проте нове дослідження показує, що найбільш корисна форма для робота може бути зовсім не схожою на звичних нам сухопутних істот, а нагадувати радше морського їжака.

Науковці з Лабораторії загальної робототехніки Університету Дьюка створили дивовижну 20-ногу машину, яка не має переду чи заду. Її назвали на честь багатоокого монстра з давньогрецької міфології.

Конструкція Argus складається з центрального тіла у формі правильного додекаедра (тривимірної фігури з 12 п'ятикутними гранями), з якого радіально розходяться 20 телескопічних ніг. Кожна така нога коштує 300 доларів, а на її кінці встановлено камеру глибини, описано в науковому дослідженні на сторінках Science Robotics.

Завдяки цьому робот має майже рівномірне поле зору та здатний рухатися в будь-якому напрямку без необхідності розвертатися, як це роблять звичайні машини. Він може стабілізувати себе після поштовхів, долати складний рельєф, переносити корисне навантаження вагою до 10 фунтів (4,5 кілограма) і навіть підійматися по стінах.

Спостерігати за рухом Argus – це зовсім не те саме, що спостерігати за будь-яким іншим роботом, з яким ми працювали. Коли ми вперше побачили, як він пересувається серед дерев і пересіченою місцевістю, навіть під час сильних зіткнень, коли його хтось штовхав, ми зрозуміли, що це щось зовсім інше,
– прокоментував Цзясюнь Лю, аспірант Лабораторії загальної робототехніки Дьюка та співавтор дослідження.

Що таке динамічна ізотропія та чому вона важлива для робототехніки?

Щоб прийти до такого дизайну, дослідники провели понад 1500 симуляцій різних форм роботів. Замість копіювання тварин вони зосередилися на математичному концепті під назвою динамічна ізотропія (або динамічна симетрія). Це показник того, наскільки рівномірно робот може прискорювати своє тіло (центр мас) у будь-якому напрямку.

Це схоже на здатність миттєво зробити ривок уперед, назад, вбік чи вгору з однаковою силою та швидкістю, не витрачаючи часу на розворот тіла. Цей показник оцінюється за шкалою від 0 до 1. Оцінка 1 означає, що робот реагує та рухається абсолютно однаково в усіх напрямках.

Як хрухається Argus: дивіться відео

Більшість сучасних роботів, включаючи передових чотириногих роботів, гуманоїдів та звичайні дрони, має показник динамічної ізотропії нижче 0,6. Це означає, що в одних напрямках вони рухаються значно краще, ніж в інших.

Завдяки своїм 20 ногам Argus набрав вражаючі 0,91 бала, що впритул наближає його до теоретичного максимуму. Це повністю змінює характер керування машиною, адже поняття "вперед-назад" чи "ліворуч-праворуч" для неї втрачає сенс.

Коли робот може однаково добре прискорюватися в будь-якому напрямку, йому більше не потрібно повертатися до світу якимось певним боком. Вперед і назад стають однаковими. Ліворуч і праворуч стають однаковими. Вся проблема керування роботом змінює свій характер,
– каже Боюань Чень, директор Лабораторії загальної робототехніки Дьюка та співавтор дослідження.

Як проходили випробування Argus у реальних умовах?

Щоб перевірити, чи дійсно конструкція Argus є оптимальною, команда протестувала робота на території кампусу Університету Дьюка. Машина успішно пересувалася по бетону, траві, густому листю, м'якому піску, вологих поверхнях та корі дерев.

Робот долав перешкоди заввишки до 5 дюймів (12,7 сантиметра) і продовжував рух навіть після того, як три його ноги були зламані. Крім того, під час перекочування Argus зміг штовхати куб заввишки 3 фути (1 метр), одночасно перекочуючи його та відстежуючи рух.

Усі ці навички робот спочатку освоїв у симуляції, а вже потім їх перенесли у реальні умови.

Це показує, що проєктування для динамічної симетрії – це не просто теоретична цікавість. Це дозволяє створити робота, якого можна розгорнути у дикій природі, на нерівній місцевості та в захаращеному середовищі, навіть в умовах низької гравітації. Це змінює уявлення про те, що є можливим,
– додає Боксі Ся, постдокторант Лабораторії загальної робототехніки Дьюка та співавтор дослідження.

Які перспективи відкриває новий підхід до проєктування машин?

Хоча Argus є лише доказом концепції, а не остаточним варіантом ідеального робота, його розробка демонструє абсолютно новий підхід до проєктування. Замість того, щоб копіювати біологічні форми людей чи тварин, інженери можуть використовувати фундаментальні математичні принципи для створення машин з нуля.

Цей підхід відкриває шлях до створення надзвичайно витривалих та маневрених роботів. Вони зможуть ефективно працювати у найскладніших умовах на Землі – від завалів під час рятувальних операцій до густих лісів, а також під час дослідження інших планет і космічних тіл з низькою гравітацією.