Нові “пористі” лапи для роботів: революція в енергоефективності
Інженери Сеульського національного університету науки та технологій (Seoul National University of Science & Technology) представили інноваційне рішення для четвероногих роботів – пористі стопи, здатні ефективно акумулювати та повертати енергію удару об поверхню. На відміну від традиційних пружин та амортизаторів, які доцільні лише при швидкому русі, ця розробка оптимізована для повільних, але енергоємних завдань, таких як інспекція чи перевезення вантажів.
Джерело зображення: Seoul National University of Science & Technology
Розроблені стопи мають форму півсфери та виготовлені методом 3D-друку з еластичного полімеру. У їхній основі лежить структура, відома як тричі періодична мінімальна поверхня (TPMS). Це унікальна тривимірна решітка з пор та перегородок, яка забезпечує поєднання низької ваги, керованої жорсткості та виняткової здатності поглинати та вивільняти накопичену механічну енергію.
Тестування та оптимізація
Вчені протестували три різні конфігурації TPMS-структур: просту, гіроїдну та ромбоподібну. Найкращі результати продемонструвала саме ромбоподібна решітка зі щільністю 60%. Вона забезпечувала значну деформацію, високий рівень накопичення енергії та мінімальні втрати через внутрішнє тертя матеріалу.
Інтелектуальне керування рухом
Самих лише пружних стоп виявилося недостатньо. Неправильна техніка ходьби могла призвести до розсіювання накопиченої енергії або небажаного розгойдування корпусу робота, що вимагало б додаткових коригувань з боку електродвигунів. Тому команда інженерів застосувала метод глибокого навчання з підкріпленням для вдосконалення системи керування. Модель враховувала деформацію та зворотне розпрямлення TPMS-структури. Функція винагороди стимулювала рухи, які узгоджували роботу приводів із процесами накопичення та вивільнення енергії під час контакту з поверхнею.
Практичні результати
Ефективність системи була продемонстрована на четвероногому роботі RBQ-10. Порівняння з роботом, оснащеним традиційними суцільними напівсферичними опорами, показало, що нова розробка дозволила зберегти стабільність у всьому діапазоні досліджених швидкостей. Водночас середнє споживання енергії від акумулятора зменшилося на 1,4-6,2 % при швидкості руху від 0,4 до 1 м/с. Ці вдосконалення особливо важливі для роботів, що застосовуються у сфері інспекцій, логістики та пошуково-рятувальних операцій, де тривалість автономної роботи є критичним фактором.
Порада від Soft Portal: Ця розробка відкриває нові горизонти в енергоефективності мобільних роботів. Можливість значно подовжити час їхньої автономної роботи робить їх більш універсальними та практичними для широкого спектра завдань, від промислових інспекцій до використання у важкодоступних або небезпечних умовах.