Японские инженеры представили гибкого четвероногого робота на пневмомышцах, имитирующего походку собаки
Инженеры из Японии представили необычного четвероногого робота, который движется с плавной, естественной походкой, редко встречающейся у машин. Разработка, созданная в Лаборатории робототехники Сузумори Эндо в Токио, вдохновлена анатомией собаки и призвана помочь в изучении того, как тело животного выдерживает повторяющиеся нагрузки при беге и прыжках.
В отличие от большинства роботов, использующих жёсткие электромоторы, данная модель основана на пневматических искусственных мышцах и облегчённом, слегка гибком каркасе. Как сообщают исследователи, такая конструкция позволяет роботу мягко амортизировать удары и переносить вес, точно имитируя естественные движения живых существ. В ходе экспериментов было подтверждено, что изменение давления воздуха в плечевых мышцах влияет на длину шага, а гамакоподобная структура плечевого пояса улучшает движение. Повышение давления приводило к более длинным шагам, способствуя эффективному передвижению.
Этот проект относится к области биомиметики, которая стремится воссоздавать биологические функции для улучшения дизайна роботов и углубления понимания живых систем. Японская команда сосредоточилась на изучении того, как собаки достигают стабильного и эффективного движения по неровной поверхности. У собак мышцы и сухожилия в области плеч действуют подобно гамаку, распределяя нагрузку по телу во время бега. Исследователи воссоздали этот механизм, используя мягкие пневматические искусственные мышцы (мышцы МакКиббена). Надуваясь и сдуваясь, эти гибкие трубки обеспечивают более плавное и естественное движение по сравнению с жёсткими приводами.
Каркас робота, напечатанный на 3D-принтере из пластика, сохраняет низкую стоимость и позволяет быстро вносить изменения в конструкцию. В суставах используются стандартные коммерческие шарниры. Ключевой особенностью являются искусственные мышцы: в каждой ноге находится множество миниатюрных пневматических приводов — оплетённых трубок, которые расширяются или сжимаются при подаче воздуха. Технология была доработана для сверхмалого размера с целью более точного контроля. Датчики, клапаны и проводка подключены к центральному контроллеру, который точно управляет потоком воздуха для координации движений.
Испытания показали, что робот может сохранять устойчивый и контролируемый темп, двигаясь характерным для животных образом. При каждом шаге его передние плечи подаются вперёд, в то время как задние ноги совершают отталкивающее движение, что обеспечивает плавное поступательное перемещение вперёд. Робот не создан для скорости, но он достаточно быстр, чтобы справляться с небольшими неровностями поверхности, не теряя равновесия. На ровной поверхности он остаётся стабильным, а эксперименты указывают, что его «гамачная» конструкция плеч снижает вибрацию примерно на 30% по сравнению с системами на жёстких приводах.
Исследователи также отметили, что гибкая структура тонко влияет на длину шага, что даёт представление о том, как собаки могут долго бежать по сложному рельефу. Управление движением относительно простое и основывается на базовых обратных связях. Датчики, встроенные в искусственные мышцы, постоянно корректируют давление воздуха для поддержания нужного натяжения, даже при поворотах.
В текущем исследовании основное внимание уделялось ходьбе как фундаментальному способу передвижения, была продемонстрирована скоординированная походка с активацией всех четырёх конечностей. В будущем команда планирует использовать эту платформу для изучения того, как отдельные мышцы и ткани работают вместе, чтобы раскрыть биомеханические принципы, лежащие в основе таких способностей собак, как быстрый бег и эффективное поглощение ударов. Для этого потребуется создать автономную структуру, способную ходить без внешней поддержки. Дополнительными целями являются увеличение скорости и стабильности, обеспечение работы в меняющихся условиях и воспроизведение адаптивных стратегий движения, наблюдаемых у реальных животных.
Подробности исследования команды были в журнале Advanced Robotics.