Исследователи создали крошечного робота, вдохновленного водомерками, который скользит по воде.
Знания в области биологии вдохновили команду на создание робота размером с насекомое под названием Rhagobot.
Исследователи раскрыли секрет невероятной скорости и ловкости водомерок рода Rhagovelia.
Эти крошечные полуводные насекомые, которые скользят по быстрым потокам, используют уникальные веерообразные пропеллеры на своих ногах, которые ранее считались приводимыми в движение мышцами.
Исследование показало, что вентиляторы не требуют мышечной энергии. Эти конструкции открываются и закрываются пассивно, подобно кисти, со скоростью, в десять раз превышающей скорость моргания глаза.
Раговелии — уникальный вид водомерок. Эти крошечные, размером всего несколько миллиметров, насекомые используют особые веерообразные образования на ногах для быстрых поворотов и увеличения скорости в воде.
Биолог-интегратор Виктор Ортега-Хименес был заинтригован способностью водомерок рода Rhagovelia быстро скользить по бурным потокам. Он чувствовал, что этот навык отличается от способностей других водомерок, которых он изучал.
Его вопрос — «Как они это делают?» — привел к пятилетнему совместному исследованию.
Исследование показало, что ленточные вентиляторы пассивно трансформируются, используя поверхностное натяжение и силы упругости, что позволяет экономить энергию, сохраняя при этом скорость и маневренность.
«Впервые было совершенно неожиданно наблюдать, как изолированный веер пассивно расширяется почти мгновенно при контакте с каплей воды», — сказал доктор Ортега-Хименес.
Эта пассивная система позволяет насекомому достичь биомеханической двойственности: высокой гибкости для складывания лопастей при восстановлении положения ног и высокой жесткости для тяги во время движения вперед.
Такое сочетание позволяет водомеркам совершать резкие повороты и развивать скорость до 120 длин тела в секунду.
Интересно, что ловкость эта настолько исключительна, что может сравниться с быстрыми движениями летающих мух.
Самой большой проблемой при создании Rhagobot, робота размером с насекомое, было то, что никто не знал микроструктурного устройства лопастей водомера.
Решение пришло, когда исследователи из Университета Аджу использовали сканирующий электронный микроскоп для получения изображений высокого разрешения, что наконец позволило выявить микроструктуру естественного веера.
По словам доктора Донджина Кима, изначально исследовательская группа пыталась создать вентиляторы цилиндрической формы, однако такая конструкция не могла обеспечить необходимую жесткость для тяги и гибкость при сжатии.
Они решили эту проблему, спроектировав веер в форме плоской ленты, который позже был апробирован в природном веере Rhagovelia.
Расшифровав структуру и функцию естественной двигательной системы водомерки, исследователи сконструировали одномиллиграммовый самораскрывающийся эластокапиллярный вентилятор.
Затем недавно созданный вентилятор был интегрирован в робота размером с насекомое .
Микроробот продемонстрировал превосходные характеристики в ходе экспериментов, показав улучшенные возможности тяги, торможения и маневренности по сравнению как с живыми насекомыми, так и с другими роботизированными прототипами.
«Наши роботизированные вентиляторы самотрансформируются, используя лишь силы поверхностного натяжения воды и гибкую геометрию, — точно так же, как их биологические аналоги. Это форма механического встроенного интеллекта, отточенного природой за миллионы лет эволюции», — сказал профессор Дже-Сун Ко, старший автор исследования.
«В мелкомасштабной робототехнике подобные эффективные и уникальные механизмы могли бы стать ключевой технологией, позволяющей преодолеть ограничения в миниатюризации обычных роботов», — добавил автор.
Исследование закладывает основу для разработки будущих компактных полуводных роботов. Эти роботы могут быть использованы для исследования и навигации в сложных условиях быстротекущей воды.