или войти через:
Ваша корзина пока пуста
favorite_border
Доступно только зарегистрированным пользователям

Техника террадинамики позволит роботам передвигаться по сыпучим поверхностям

schedule 25.03.2013 в 21:58 link Burroughs Wellcome исследование
​Используя сочетание теории и экспериментов, исследователи разработали новый подход для понимания и предсказания того, как миниатюрные ноги роботов могут двигаться и работать со сложными сыпучими материалами, такими как песок.

Исследования могут помочь создать и продвинуть области "террадинамики" (terradynamics) – название гласит о науке ног животных и транспортных средств, движущихся по гранулированным и другим сложным поверхностям. Предоставление уравнений для описания и прогнозирования этот типа движения сопоставимо с тем, что было сделано, чтобы предсказать движения животных и транспортных средств по воздуху или воде, которые могут позволить дизайнерам оптимизировать ноги роботов, работающих в сложных средах для поисково-спасательных миссий, освоения космоса или других задач.



"Сейчас у нас есть инструменты, чтобы понять движение ножных транспортных средств по песку таким же образом, как ученые и инженеры понимают аэродинамику и гидродинамику", - сказал Даниэль Голдман (Daniel Goldman), профессор в Школе физики в институте технологий Джорджии (Georgia Institute of Technology). - "Мы находимся в начале создания инструментов, которые позволят нам сделать дизайн и моделирование ног робота, чтобы не только прогнозировать их работоспособность, но и оптимизировать конструкцию, что позволит нам создать новые концепции".

Исследования "террадинамики" проводились при поддержке Национального научного фонда, управления исследований Армии США, научно-исследовательской лаборатории Армии, фонда Burroughs Wellcome и Института фундаментальных исследований в области наук Миллера в Университете Калифорнии, Беркли.

Существующие методы описывают передвижения по сложной местности, но не могут учитывать вхождение ног в сыпучую поверхность. Для улучшения и упрощения понимания, Голдман и его сотрудники Чэнь Ли и Чжан Тингнан изучили движение небольшого робота с ногами, который передвигался по сыпучей среде. Используя 3-D принтер, они создали ноги в различных формах и использовали их, чтобы изучить, как различные конфигурации влияют на скорость робота. Затем они измеряли силу гранулированных частиц из экспериментов и создали моделирование для прогнозирования движений робота.

Ключевое понимание, в соответствии с Голдманом, было то, что силы, действующие на независимые элементы ног робота, могут просто суммироваться, чтобы обеспечить достаточно точную меру чистой силы, с которой робот передвигается через сыпучие места. Этот метод, известный как линейная суперпозиция, работал на удивление хорошо для ног, движущихся в различных видах сыпучих сред.

"Мы обнаружили, что сила законов, касающихся этого движения, является общей по разнообразию сыпучих сред, в том числе для мака, стеклянных бус и природного песка", сказал Ли. - "Исходя из этого обобщения, мы разработали практические процедуры для легкого применения террадинамики в своих исследованиях с использованием только одного измерения силы с простым оборудованием, например, пенетрометром".

Для более сложных гранулированных материалов дополнительным фактором является степень, в которой частицы напоминают сферу и могут потребоваться для описания силы с эквивалентной точностью.
Помимо понимания основных принципов физики, исследователи также узнали, что выпуклые ноги в форме буквы "C" работают лучше, чем другие варианты.

"С выпуклыми конечностями робот генерирует большой подъем и малое сопротивление тела, и, следовательно, может быстро бегать." Когда форма была изменена на плоскую или вогнутую, производительность упала. Эта информация важна для оптимизации энергетической эффективности ног роботов".

"Использование террадинамики позволит роботу не только максимально точно устанавливать метод дискретных элементов (DEM) моделирования, но и быть гораздо более эффективным", - сказал Чжан, который является аспирантом в лаборатории Голдмана. - "Например, чтобы имитировать одну секунду работы робот передвигается по зернистому слою из пяти миллионов семян мака и принимает DEM моделирования. Использование метода террадинамики занимает всего 10 секунд."

Шестиногий экспериментальный робот имеет всего 13 сантиметров в длину и весит около 150 граммов. Роботы такого размера могут быть использованы в будущем для поисково-спасательных операций, или, чтобы разведать неизвестные условия, такие как поверхность Марса. Они также могут предоставить биологам лучшее понимание, как животные, такие как ящерицы и кенгуру могут бегать по песку, а крысы легко прыгают по сыпучих поверхностях.

"С биологической точки зрения это открывает новые области", - сказал Голдман, который изучает животных, чтобы узнать, как их передвижения могут помочь дизайнерам роботов. - "Это те инструменты, которые могут помочь понять, почему ящерицы имеют ноги и тела определенной формы. Проблемы, связанные с движением в песчаной среде являются важными для многих животных, как и для роботов".

Помимо оптимизации дизайна будущих маленьких роботов, работа также может привести к более глубокому пониманию сложных условий, через которые они должны будут двигаться.
"Мы считаем, что такой подход позволяет нам ответить на вопросы, связанные с физикой сыпучих материалов", - добавил Голдмен. - "Это может выявить новые возможности сыпучих материалов, чтобы помочь нам создать более полные модели и теории движения. Сейчас мы начинаем понимать правила о том, как транспортные средства перемещаются через эти материалы."

Комментарии: