Дрони з гнучкими руками-хоботами змінять майбутнє робототехніки

Дослідники з Гонконгського університету розробили революційну технологію, яка може кардинально змінити можливості безпілотних літальних апаратів. Вони створили унікальну роботизовану руку для дронів, що імітує гнучкість слонячого хобота та дозволяє виконувати складні маніпуляції прямо у повітрі.

Нова система отримала назву Aerial Elephant Trunk або скорочено AET. Ця м'яка та здатна змінювати форму рука може скручуватися, згинатися та згортатися, проходячи через вузькі простори під час польоту дрона. Оснащені такою високотехнологічною системою безпілотники можуть виконувати завдання, які раніше були недосяжними для них.

Автори дослідження зазначають, що їхня система може адаптуватися до різноманітних обмежених середовищ, зокрема навігувати через вузькі отвори, труби або щілини, а також працювати з широким спектром об'єктів, включаючи тонкі, деформовані, неправильної форми або важкі предмети.

Традиційні повітряні роботи використовують жорсткі шарнірні руки, подібні до тих, що застосовуються на заводських роботах. Ці руки важкі, негнучкі та зазвичай оснащені захоплювачами у вигляді кігтів. Проблема таких рішень полягає в тому, що вони скорочують час польоту, погано справляються з навігацією у вузьких просторах та можуть захоплювати лише об'єкти певної форми.

Для виконання повітряних завдань у захаращених середовищах, таких як зруйновані будівлі, трубопроводи або густі ліси, такі роботи швидко досягають своїх меж як у прямому, так і в переносному сенсі. Щоб подолати ці обмеження, команда з Гонконгського університету розробила принципово інший тип повітряного маніпулятора — легкий континуальний механізм з м'яких матеріалів, що імітує рухи слонячого хобота.

На відміну від типової роботизованої руки, яка використовує жорсткі суглоби та пальці, AET застосовує м'яку гнучку структуру, яку науковці називають континуальним маніпулятором. Це дозволяє руці дрона згинатися, скручуватися та згортатися практично в будь-яку форму. Це означає, що їй не потрібно покладатися на традиційні захоплювачі або кігті для підняття предметів. Замість цього вона обгортає руку навколо об'єкта, тому незалежно від того, наскільки неправильною є його форма, вона утримує його.

Однак створення такої системи було непростим завданням. Протягом років науковці намагалися збалансувати дві конкуруючі потреби в повітряній робототехніці — вантажопідйомність та спритність рухів. Наприклад, якщо додати до дрона велику міцну роботизовану руку, він зазвичай стає занадто важким для ефективного польоту. Якщо зробити руку легкою та гнучкою, вона часто не може впоратися зі складними завданнями або нести достатню вагу.

Дослідники вирішили це завдання, розробивши компактну, легку руку вагою лише 1,8 кілограма, яка є надзвичайно гнучкою та може бути безпосередньо встановлена на дрон. Виготовлена з м'яких матеріалів, рука є безпечнішою для роботи поблизу людей та делікатних конструкцій.

Крім того, оскільки вона не залежить від жорстких суглобів, вона може проплітатися через вузькі труби, огинати перешкоди та виконувати завдання в просторах, куди звичайні дрони та повітряні роботи просто не можуть потрапити.

Пенг Лу, один з авторів дослідження та професор Гонконгського університету, зазначив, що AET є надзвичайно спритною порівняно з існуючими повітряними маніпуляторами, оскільки її корпус може змінюватися на будь-яку форму. Вона може захоплювати об'єкти різних розмірів та форм, використовуючи своє тіло — можливість, яка майже неможлива для звичайних повітряних маніпуляторів, які можуть захоплювати об'єкти лише за допомогою захоплювачів.

AET — це не просто цікавий пристрій, він може переосмислити те, що можуть робити дрони. Уявіть флот дронів, оснащених AET, які прибирають після стихійних лих, видаляють повалені гілки з високовольтних кабелів або інспектують нижні частини мостів та вітрових турбін. Такі види робіт не лише ризиковані для людей, але часто неможливі для сучасних дронів з жорсткими руками та обмеженою гнучкістю.

Крім того, автори дослідження припускають, що їхня роботизована рука може допомогти розкрити те, що експерти називають низьковисотною економікою — галуззю, що розвивається, побудованою навколо дронів та інших літаючих роботів, які працюють на низьких висотах, зазвичай нижче тисячі метрів, поблизу місць, де живуть та працюють люди.

Це включає застосування, такі як повітряні доставки, моніторинг сільського господарства, екологічні дослідження та різноманітні інші завдання. Оскільки ці технології стають більш досконалими та надійними, очікується, що вони відіграватимуть важливу роль у повсякденних послугах та створюватимуть абсолютно нові види робочих місць та бізнесу в міських та сільських районах.

Дослідники тепер планують покращити чутливість та контроль руки, щоб вона могла виконувати ще більш складні завдання в непередбачуваних середовищах. Вони також вивчають, як флоти дронів, оснащених AET, можуть працювати разом, відкриваючи двері для ще більших та амбітніших місій.

Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Communications, що підтверджує високий науковий рівень розробки та її потенційне значення для майбутнього робототехніки та безпілотної авіації.