Естественные формы жизни всегда вдохновляли изобретателей. За последние годы появилось множество машин, имитирующих анатомию животных: собаки, кошки, кенгуру, гепарды, яки и даже козлы.

Четвероногие роботы обладают большей устойчивостью, нежели двуногие. Они очень перспективны для использования в реальных природных условиях и разнообразных ландшафтах. Такие крупные машины как BigDog и ANYmal, демонстрируют прекрасную адаптивность, выносливость и грузоподъёмность, а маленькие роботы типа Sub-2g (жукообразные) весьма проворно передвигаются по узким тоннелям.

Но до сих пор в мире не было робота, удачно совмещающего в себе силу и ловкость. В данном случае крысы, живущие в пещерах, внезапно оказались наиболее подходящими кандидатами на роль прототипа. Они давно привлекают к себе внимание робототехников, благодаря непревзойденной ловкости, силе и гибкости. Было предпринято множество попыток сымитировать анатомию и характеристики движений этих грызунов. В этом месяце ученые из Пекинского института технологий под руководством профессора Цин Ши представили новейшую разработку – SquRo. Это биомиметическая (заимствующая структуры органической системы) роботизированная крыса, способная выполнять множество сложных движений и переносить грузы.

Робот готовится пройти испытание

SQuRo – это сокращение от Small-sized Quadruped Robotic Rat (малогабаритная четвероногая роботизированная крыса). Профессор Цин Ши более десяти лет занимался кибернетикой, еще будучи аспирантом Университета Васэда. Потратив значительное время на воспроизведение определенных свойств и функций биологических систем, он вместе с командой спроектировал множество роботов по образу и подобию животных. Поставив перед собой задачу создать робота-крысу, команда Ши взяла на вооружение биоинспирированные алгоритмы (изучение форм жизни, возникновения и поведения видов с целью компьютерного моделирования живых явлений).

Сначала на свет появился колесный робот. Он уже был способен к различным видам крысоподобного поведения. Но когда создатели заменили колеса на лапы, чтобы улучшить маневренность движения, результаты оказались впечатляющими. Свои экспериментальные исследования команда Ши опубликовала в журнале IEEE Transactions on Robotics. Согласно полученным данным, конечности SQuRo способны с высокой точностью воспроизводить движения настоящих крыс.

Робот-крыса с колёсами вместо задних лап

Известно, что эти грызуны перемещаются в тесных пространствах благодаря вытянутой тонкой форме тела и гибкому позвоночнику. Поэтому, чтобы скопировать ловкость их движений, учёные по максимуму воспользовались известной анатомией. Они разработали механические суставы и спроектировали по 2 степени свободы (DOF) на каждую конечность. Системы свободы 2 DOF в талии и в голове обеспечили возможность гибких движений позвоночника. SQuRo может сгибаться, разгибаться и очень быстро поворачиваться, подстраиваясь под изменчивость окружающего мира.

Феноменальная гибкость SQuRo

Особенности крыс заключаются не только в анатомии, но и в специфических движениях, называемых локомоцией. Учёным потребовалось создать многоуровневый контроллер с открытым контуром, чтобы достичь мультимодального движения всех частей робота и воспроизвести локомоцию живой крысы. Мультимодальность в робототехнике означает совокупность различных каналов получения информации и выбора действия. Её наличие в системе гарантирует высокий уровень ИИ.

Система управления SQuRo состоит из трех уровней:

1) Мультимодальный планировщик с четырьмя основными режимами движения и прямой связью между переменной управления и ответными реакциями робота на соприкосновение с поверхностью;

2) Оптимизация параметров с учетом стабильности и пределов срабатывания;

3) Генерация траектории каждого сустава.

Благодаря биомиметической структуре и мультимодальному управлению движением, SQuRo может выполнять такие выкрутасы, как приседания, ходьба, ползание, резкие повороты и вращения. Он может даже восстанавливаться после падений, управляя конечностями и шейными механизмами для соответствующей регулировки центра масс. В ходе экспериментов SQuRo успешно прошел через изменяющийся тесный проход шириной всего 90 мм, преодолел препятствие высотой 30 мм и достиг стабильного передвижения по склону 15 градусов.

SQuRo успешно прополз под навесом

По сравнению с современными четвероногими роботами аналогичных габаритов, роботизированная крыса имеет более вытянутое тонкое тело и меньший вес. Но при этом может устойчиво передвигаться с грузом, равным 91% её собственного веса, что демонстрирует превосходство проекта перед жукообразными роботами Sub-2g.

Все эти качества позволяют роботу SQuRo проворно пролезать через узкие щели, двигаться по пересечённой местности и выполнять такие задачи, как обнаружение и транспортировка грузов.

Команда профессора Ши надеется, что в скором будущем их изобретение окажется задействовано в поисково-спасательных операциях. Но область применения такого юркого роботизированного создания со временем наверняка станет ещё шире.

У него даже усы есть, приглядитесь

Пока весь мир ждёт выпуска SquRo в широкие массы, мы предлагаем вам воспользоваться полученной информацией в целях создания собственного роботизированного устройства. Есть идеи? Поделитесь с нами!