Nowa mobilność robotów w złych warunkach dzięki racicom łosia

Inspirowane naturą racice łosia znacząco poprawiają mobilność robotów po błocie i śniegu, które przedstawiają złe warunki.

Robotyka wkroczyła w nową erę zdolności adaptacyjnych, a naukowcy z Tallinn University of Technology (TalTech) opracowali robotyczne stopy wzorowane na kopytach łosia. Nowe kończyny pozwalają robotom przemierzać błotniste, mokre i śliskie tereny z niespotykaną dotąd łatwością. Przełom, opublikowany w czasopiśmie Bioinspiration & Biomimetics, może na nowo zdefiniować rolę robotów w środowiskach takich jak tereny podmokłe, pola uprawne i strefy katastrof, czyniąc je niezbędnymi we wrażliwym monitorowaniu ekologicznym i misjach ratunkowych.

Poruszanie się po naturalnych terenach, takich jak mokradła, bagna lub zaśnieżone miejsca, zawsze stanowiło poważne wyzwanie dla robotów. Tradycyjne roboty poruszające się na nogach, choć energooszczędne i wszechstronne na twardych powierzchniach, często zawodzą w obliczu błota lub nierównego, śliskiego podłoża. Takie tereny mogą uwięzić robota, zwiększając zużycie energii i utrudniając mobilność.

Profesor Maarja Kruusmaa, kierująca zespołem biorobotyków TalTech, podkreśla znaczenie przezwyciężenia tego ograniczenia: „Błotniste i śliskie tereny są jednymi z najtrudniejszych do pokonania dla robotów i zwierząt, w tym ludzi. Oznacza to, że większość robotów nie ma dostępu do bardzo ważnych środowisk bogatych w różnorodność biologiczną i krytycznych dla badań środowiskowych”.

Zainspirowany naturą, doktorant Simon Godon badał zachowanie kopyt łosia. Zaobserwował ich wyjątkową zdolność do przystosowania się do błotnistego środowiska na farmie bydła swojej rodziny we Francji. Kopyta łosi, z ich rozszczepioną strukturą, rozszerzają się podczas wchodzenia w błoto i kurczą się po podniesieniu, skutecznie przełamując siłę ssącą, która zatrzymuje stopy.

„Błoto działa jak mokre kafelki w łazience” – wyjaśnia Godon – ”tworząc siłę ssącą pod stopami zwierzęcia, co utrudnia podniesienie nogi. Parzystokopytne działają jak przyssawki, ale ich rozdwojona konstrukcja pozwala zwierzęciu bez wysiłku przełamać to napięcie”.

Dana obserwacja skłoniła zespół TalTech do zaprojektowania zrobotyzowanych stóp wzorowanych na kopytach łosia. Wykonane z silikonu, stopy te naśladują dynamikę rozszerzania się i kurczenia, umożliwiając robotom sprawne poruszanie się po błocie i podobnych powierzchniach.

Testy wykazały znaczną poprawę wydajności robotów. Inspirowane biotechnologią stopy zmniejszyły o 50% siły zatapiania i ssania robota, jednocześnie zmniejszając zużycie energii nawet o 70%. Wyniki te oznaczają znaczący skok w wydajności energetycznej i mobilności, potencjalnie wydłużając żywotność baterii robota i zwiększając zasięg operacyjny w trudnych warunkach.

Profesor Kruusmaa podkreśla nieoczekiwaną korzyść: „Dzielone kopyta mogą nawet zapewnić dodatkową stabilność na nierównym terenie, co sugeruje szersze zastosowania poza błotnistym środowiskiem”.

W rolnictwie roboty wyposażone w stopy inspirowane łosiami mogłyby monitorować uprawy i pomagać w zbiorach na błotnistych polach. W badaniach środowiskowych mogłyby one uzyskać dostęp do wrażliwych ekosystemów, takich jak torfowiska i bagna, bez powodowania szkód. Zespoły reagowania na klęski żywiołowe mogłyby wykorzystywać takie roboty do poruszania się po obszarach dotkniętych powodzią, dostarczania zapasów lub oceny ryzyka tam, gdzie dostęp człowieka jest zbyt niebezpieczny.

Co więcej, efektywność energetyczna tych robotów jest zgodna z celami zrównoważonego rozwoju, zmniejszając ślad ekologiczny operacji robotycznych. Jest to zgodne z globalnymi trendami w inżynierii inspirowanej biologią, w której natura służy jako przewodnik w rozwiązywaniu złożonych wyzwań inżynieryjnych. Na przykład kleje inspirowane gekonami zrewolucjonizowały wspinaczkę robotów, a systemy napędowe przypominające ryby usprawniły robotykę podwodną.

Sukces stóp inspirowanych łosiem reprezentuje rosnący ruch w robotyce, aby czerpać rozwiązania ze świata przyrody. Innowacja zespołu TalTech nie tylko rozwiązuje istniejące wyzwania w zakresie mobilności robotów, ale także stanowi precedens w projektowaniu systemów, które harmonizują z zasadami natury.

Szymon Ślubowski