Робот без ног научился ползать по потолку

Инженеры из США и Тайваня разработали робота, способного ползать по потолку и удерживающего себя от падения с помощью вибрирующего диска, колеблющегося 200 раз в секунду. Из-за этих колебаний между диском и потолком возникает сила, основанная на эффекте адгезии Стефана. Эксперименты показали, что робот может не только удерживать свой вес, но и таскать грузы, такие как банка колы, рассказывают авторы статьи в Advanced Intelligent Systems.

Управляемая адгезия позволяет роботам решать разные задачи. Часть разработчиков используют ее для хватания и перемещения предметов, другие создают роботов, ходящих по стенам и потолку. В зависимости от задач и среды, инженеры выбирают разный тип адгезии. Пожалуй, проще всего в реализации пневматические присоски, управляемые давлением. Но им требуется насос, который сложно разместить в маленьком роботе. Кроме того, они не подходят для неровных поверхностей, хотя в прошлом году китайские инженеры придумали оригинальный способ обойти это ограничение. Менее требовательны с точки зрения массы и размера конструкции присоски типа лапки геккона или работающие на эффекте электроадгезии, они требовательны к чистоте и гладкости поверхности.

Инженеры под руководством Майкла Толли (Michael Tolley) из Калифорнийского университета в Сан-Диего создали робота, использующего менее требовательный к поверхности и весу способ удержания себя на стенах и потолке.

Принцип прилипания робота основан на адгезии Стефана. Этот тип адгезии возникает в текучих средах при попытке разделить две плоские пластины, расположенные близко друг к другу, но все же разделенные тонким слоем среды. При разделении пластин текучая среда снаружи стремится попасть в увеличивающийся зазор. Поскольку для сдвига среды требуется некоторая сила, при разделении пластин возникает адгезивная сила, мешающая разделению пластин. Лучше всего этот эффект проявляется в плотных и плохо сжимаемых средах, таких как вода, но в той или иной степени он возникает в любой ньютоновской текучей среде, которой является и воздух.

Этот тип адгезии сильно ограничен по времени и наблюдается только во время активного расхождения двух пластин, поэтому одного движения для удержания робота на потолке недостаточно. Инженеры решили эту проблему, собрав робота, состоящего из круглого плоского диска и присоединенного к нему вибромотора. Создавая колебания с частотой 200 герц он заставляет диск изгибаться, в результате чего в его центре образуется зона с условно постоянным отрицательным давлением, притягивающим диск к поверхности. А по бокам у робота есть два колеса, с помощью которых он может ездить вдоль поверхности, не отваливаясь от нее.

Эксперименты показали, что диск робота создает удерживающую силу, направленную к поверхности, равную пяти ньютонам. Авторы показали несколько примеров его работы, в том числе при разных углах наклона — для этого они провели его по вертикальному цилиндру. Также разработчики показали, как робот перемещает банку колы, испытывая при этом тянущую силу величиной около 3,8 ньютона.