Мы уже некоторое время слышим о «бистабильных» устройствах, способных находиться в одном из двух состояний, не тратя энергию. Новое устройство, вдохновлённое семенными коробочками растений, представляет собой роботизированный захват, прочный, но легко активируемый.
Проще говоря, бистабильные устройства — это напряженные устройства, способные переключаться между двумя стабильными состояниями, при этом им не требуется энергия для поддержания любого из этих состояний.
Хорошим примером из повседневной жизни являются металлические заколки для волос, хотя мы также видели, как эта технология использовалась в таких вещах, как миниатюрные механические скаты манта, структурные трубы, которые можно сложить в плоскую упаковку, и не требующие питания роботизированные захваты, которые захватывают объекты при контакте.
В последнем случае вам не захочется прилагать слишком большое давление, чтобы вызвать хватательное действие — это означает, что захват должен иметь низкий «энергетический барьер».
Проблема в том, что бистабильные устройства с низкими энергетическими барьерами обычно не обладают достаточной прочностью для удержания захватываемых ими объектов. Другими словами, они склонны терять сцепление с тяжёлыми предметами или предметами, которые тянутся за собой внешними силами.
Необходим захват с низким энергетическим барьером при первоначальном захвате объекта, но с повышением его после удержания. Когда приходит время отпустить объект, энергетический барьер снова снижается.
Учитывая это требование, группа китайских ученых обратила внимание на двустворчатые стручки растения недотрога, способные прорастать семенами.
Пока семена в стручках незрелые и не готовы к распространению, стручки сохраняют высокий энергетический барьер, затрудняющий их срабатывание. Однако после созревания семян этот энергетический барьер снижается. В результате даже давления капли дождя достаточно, чтобы стручковые семена вылетели в окружающую почву.
Схема бистабильного захвата, созданного на основе биотехнологий. Доктор Цзиньчжао Ян из Университета Сунь Ятсена, доктор Цзянин У из Университета Сунь Ятсена и доктор Хайцзюнь Пэн из Даляньского технологического университета, Китай.
Захват, вдохновлённый стручком недотроги, состоит из двух захватывающих «пальцев», нижние части которых соединены с концами эластичной балки. Два зажима, соединяющие пальцы с балкой, в свою очередь, соединены с вращающимся валом, приводимым в движение двигателем.
В нейтральном состоянии захвата по умолчанию балка плоская и не натянута. Однако, когда нужно захватить объект, валы поворачиваются, заставляя балку слегка изгибаться вверх. Это переводит её в натянутое бистабильное состояние с низким энергетическим барьером.
Таким образом, когда захват располагается вокруг объекта, и этот объект давит на изогнутую вверх балку, это заставляет балку переходить в изогнутую вниз ориентацию, втягивая при этом пальцы вокруг объекта.
После этого валы вращаются в противоположном направлении, заставляя балку изгибаться ещё сильнее. Это увеличивает её энергетический барьер, усиливая и надёжно удерживая предмет захватом.
В ходе демонстрации технологии один из захватов был установлен на вершине квадрокоптера, что позволило аппарату висеть на ветвях деревьев, перилах и т. д., а не зависать на месте. Хотя двигатель балки потреблял некоторую мощность для регулировки натяжения балки, для удержания предметов энергия не требовалась. С обычным захватом это было бы невозможно.
Дрон, использованный в исследовании, изображен здесь, просто висит около Хайцзюнь Пэна.
«Благодаря быстрому отклику, программируемым силам взаимодействия и простой, но эффективной конструкции наш роботизированный захват открывает новые возможности для создания робототехнических систем следующего поколения», — говорит доктор Цзянин У из Университета Сунь Ятсена, который руководил проектом вместе с доктором Хайцзюнь Пэном из Даляньского технологического университета. «Этот уникальный механизм может значительно расширить функциональность роботов для различных применений».
Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале Research .
