В этом году Boston Dynamics начнет продавать робота Spot Mini. Мы в «Популярной механике» очень ждем этого, а пока — разглядываем других роботов, на создание которых инженеров вдохновили животные. Ловкий четырехногий прыгун Spot Mini был списан инженерами Boston Dynamics с собаки, но походкой напоминает скорее птицу или ящерицу — в любом случае, что-то из животного мира. Создатели роботов заимствуют форм-факторы животных не от недостатка фантазии: живые существа — продукт миллионов лет эволюции, и выжили они только потому, что каждая деталь их устройства хорошо показала себя в реальных условиях. Было бы глупо игнорировать огромное разнообразие дизайнерских решений, предложенных и обкатанных самой природой.
Билатеральная симметрия тела — одно из ранних достижений эволюции. Первые существа, обладающие ею, появились около 500 миллионов лет назад, в эпоху, которую ученые называют Кембрийским взрывом из-за огромного разнообразия живых организмов, впервые появившихся тогда на Земле. Симметричное тело оказалось эффективнее других форм и конфигураций: с ним проще держать равновесие, с ним появляется перед и зад, и животное получает возможность двигаться в нужную сторону — туда, где есть еда, или прочь от хищника; когда тело представляет собой, например, асимметричную спираль, делать это гораздо сложнее.
Суставные конечности, впервые появившиеся примерно в то же время, увеличили проходимость и скорость и позволили за сравнительно короткое время преодолевать большие расстояния. Они же во многих случаях послужили фундаментом для развития мозга: обладающее конечностями животное свободно изучает окружающий мир, встречает много нового и удивительного — и учится. Благодаря своей эффективности и широким возможностям для адаптации симметричное тело с суставными конечностями стало очень распространенным вариантом в живой природе.
Животные двигаются эффективно и легко приспосабливаются к новым условиям и ситуациям. Это легко заметить, наблюдая за тем, как охотится кошка или собака — или присмотревшись к себе: мы даже не замечаем, как переходим с асфальта на гравий, траву или песок, а ведь это требует сложной адаптации походки под новое покрытие. Создатели роботов стремятся сделать свои творения такими же эффективными, поэтому часто имитируют природный «дизайн».
Робот — страус
Страус — потомок динозавров, и довольно успешный, раз смог дотянуть до наших дней в то время, когда менее удачливые виды навсегда исчезли с лица земли. Исследователи из Institute for Human and Machine Cognition во Флориде взяли за основу походку страуса и сделали минималистичного робота. Движением робострауса управляет компьютер, обрабатывающий данные, поступающие с многочисленных датчиков. Умная система управления позволила инженерам обойтись всего одним мотором, и сделать машину, которая способна абсолютно самостоятельно удерживать равновесие и развивать скорость до 19 км/ч на беговой дорожке — неплохой результат даже для тренированного легкоатлета. «Не во все места на планете можно проникнуть на гусеницах или колесах; бипедальный робот-страус и похожие на него роботы когда-нибудь смогут пробежать там, где не пройдут другие», — надеется один из создателей робострауса Джонни Годовски (Johnny Godowski)
Робот-ленивец
Ленивец — не первое животное, которое приходит на ум, когда задумываешься об источниках вдохновения для роботов. И напрасно. Ленивцы очень эффективно расходуют энергию, особое механическое устройство скелета и мышц позволяет им без усилий делать то, с чем едва-едва справляются такие ловкие и сильные люди, а именно — висеть на деревьях. Создавая робота для мониторинга полей, исследователи из Технологического института Джорджии вдохновлялись выносливостью ленивцев.
«Мониторинг полей — задача технически сложная. Колесные роботы застревают в коках, а время полета дронов сильно ограничено емкостью батарей. Поэтому мы предложили новый подход: роботов-ленивцев, которые двигаются по натянутым над полем тросам. Над многими сельскохозяйственными угодьями уже протянуты какие-то веревки или тросы, поэтому новую инфраструктуру для наших роботов создавать не придется», — объясняет Джонатан Роджерс (Jonathan Rogers), один из создателей роболенивца. Длиннолапая конструкция умеет висеть, переползать по тросу или с троса на трос, ориентируется она по сенсорам, размещенным между конечностями.
Робот-таракан
Тараканы были на этой планете старожилами задолго до того, как появился общий предок человека и кошки. Мы, млекопитающие, по сравнению с ними — молодые и неопытные существа. Конечно, живучестью тараканы обязаны не только строению тела, но и оно сослужило им за последние 200 миллионов лет хорошую службу. Тараканы, например, очень быстрые: если бы мы обладали таким же соотношением скорости к массе тела, то легко разгонялись бы до 300 с небольшим километров в час. Возможно, поэтому тараканий бег вдохновил не одну, а несколько групп инженеров-робототехников. В Гарварде собрали тараканоподобного робота HAMR — у него, правда, не шесть ног, а всего четыре, но их движения имитируют движения тараканьих лапок, поэтому HAMR бегает шустро, и при этом тратит на движение относительно немного энергии. Другого роботаракана сделали в Калифорнийском технологическом институте; он умеет, не замедляясь, переключаться с режима бега по ровной поверхности на режим «в горку».
Робот — геккон
Когда инженеры черпают идеи у природы, результат не обязательно напоминает источник вдохновения. Он может быть вообще на него не похож — как в случае с роботом-гекконом, созданном специалистами из Лаборатории реактивного движения и NASA. От изящной ящерки в нем только одна деталь, самая важная — манипуляторы, способные надежно захватить объект массой до 370 килограмм. Гекконы — мастера забираться на любые поверхности; делать это им позволяют крошечные, но очень сложно устроенные волоски на лапках. Оказалось, что этот механизм крепления отлично работает в условиях микрогравитации — а именно это и нужно было создателям прототипа робота, который должен заниматься сбором космического мусора.
Робот-скат
Не все роботы создаются для работы на суше. Логично, что дизайн плавучих машин инженеры заимствуют у морских обитателей. Отличный пример — робот-манта, MantaDroid, созданный в Национальном университете Сингапура. Как и его живой аналог, этот робот плавает быстро: два корпуса в секунду при немаленьких для плавучего беспилотника размерах 63,4 см в ширину и 35 см в длину. Гибкий механизм в центре конструкции позволяет робоскату использовать всего по одному приводу на каждый плавник, основную работу делает создаваемый небольшим движением плавника поток воды. «Роботы, подобные этому, могут стать отличными подводными разведчиками; их можно использовать для мониторинга подводных инфраструктурных объектов, для исследования дна, а также в поисковых и спасательных операциях», — комментирует один из создателей робоската.
