Pull to refresh

Устройство лап геккона подсказало решение идеального сцепления для ног робота

Reading time 3 min
Views 12K
Природа вновь подсказывает решения конструкторам. Лапы геккона 60 лет назад уже подсказали автомобильным инженерам рисунок протектора для шин(Ламели). Теперь же стэнфордский инженер-механик Марк Куткоский использовал материал, основанный на устройстве лап геккона, чтобы создать робота Stickybot'a, который может вскарабкиваться на любые поверхности.

Точно так же, как маленькая рептилия может вертикально вскарабкивается по гладкому стеклу, Stickybot может подниматься по гладким поверхностям благодаря устройству ног, созданных по образу сложных лап геккона.

Марк Куткоский, ведущий дизайнер Stickybot'a, профессор машиностроения и содиректор Центра конструкторских разработок, сотрудничал с учеными по всей стране последние пять лет, чтобы построить таких роботов.

После разработки роботов, которые могли бы взбираться по грубой вертикальной поверхности, такой как кирпичные стены и бетон, Куткоский перешел на гладкие поверхности, таких как стекло и металл. И тут он вспомнил о гекконах: «Помимо медленного и неэффективного метода присосок, другим решением является использование сухой сцепки, которую используют гекконы».



Чудеса ног геккона


Пальцы стоп геккона содержат сотни клапанообразных ребер, которые называются ламелями. На каждом ребре находятся миллионы щетинок, которые в 10 раз тоньше человеческих волос. Под микроскопом можно увидеть, что каждый волос делится на более мелкие нити, которые называются spatulae, что делает их похожими на секущиеся волосы. Эти нити настолько крошечные (несколько сотен нанометров), что они взаимодействуют с молекулами поверхности.
Взаимодействие между молекулами нитей лап геккона и поверхностью вызывает молекулярное притяжение, называемое Ван-дер-ваальсовыми силами. Геккон может висеть и держать весь свой вес на одной лапе, прижав ее к стеклу, а затем легко ее отсоединить. Они держат только если вы тянете в одну сторону — их пальцы своего рода односторонний клей, — говорит Куткосский.

Роботы с лапами гекконов


Данный метод имеет важное значение, поскольку он не требует особых усилий, чтобы прикрепить и отлепить ногу робота.
«Другие методы подобны хождению с жевательной резинкой на ногах: вы должны приложить усилия для того, чтобы прижать ногу и затем столько же усилий, чтобы оторвать ее. Данный же метод подобен зацепке и снятию с крюка», — говорит Марк.
После осознания этого, Куткосский и его команда задались вопросом, как получить искусственные материалы для роботов с таким же эффектом. Они попробовали с резиноподобным материалом с миниатюрными полимерными волосками, сделанным из плесени.

Конструкторы разместили данный материал на ногах робота, которые размером с детскую руку, и робот смог с легкостью взбираться по поверхностям, напоминая механическую ящерицу.

Новейшие версии, разработанные в 2009 году, имеют двухуровневую систему, аналогичную ламелям и щетинкам геккона. «Волосы» стали еще тоньше, чем в первом варианте — около 20 мкм, что в пять раз тоньше, чем человеческий волос. Эти версии выдерживают еще более высокие нагрузки и позволяют Stickybot'у подниматься по таким поверхностям как доски, стекло и металл.

Такие роботы могут быть полезны для доступа к опасным или труднодоступным местам.

Будущее


Новой задачей команды является расширение применения материала для использования его человеком. Технология, названная Z-Man, уже в разработке.

Куткосский и его команда также работает над новой версией Stickybot'a, которая сможет поворачивать во время подъема: так как материал цепляется только в одном направлении, то для поворота необходимо повернуть лапы. Для этого у него будут поворачивающиеся лодыжки, как у гекконов. Взгляните на лапы геккона, спускающегося вниз головой — они перевернуты. Так и должно быть, иначе он упадет.

Этот проект финансируется Национальным научным фондом и Агенством передовых оборонных исследовательских проектов Министерства обороны США(DARPA). Исследования описаны в статье, опубликованной 2 августа в Applied Physics Letters — «Влияние формы фибриллы на адгезивные свойства».

Источник: Stanford News Service
Tags:
Hubs:
+74
Comments 83
Comments Comments 83

Articles