Schopnost hmyzu a pavouků lézt po hladkých okenních tabulích nebo šplhat vzhůru nohama po stropech udivuje vědce už dlouhá staletí. Hmyz a pavouci k tomu využívají nejrůznější modifikace svých končetin. Mravenci mají na konci nohou hladké přísavné polštářky smáčené speciálním sekretem.
Mouchy si vypomáhají podobným sekretem, ale jejich přísavné polštářky jsou navíc chlupaté. Pavouci se chytají hladkých povrchů speciálními chloupky a vlásky a to většinou „nasucho“, tedy bez zvlhčujícího sekretu. Jejich noha přilne k povrchu elektrostatickým nábojem a van der Waalsovými silami.
Vědci z University of California v Berkeley využili princip, který stojí v pozadí úspěšného šplhání pavouků, a vybavili přísavnou končetinou robota velikosti běžných reprezentantů hmyzí říše. Robotovi nedělá problém pohyb po hladkých plochách a autoři charakterizují svůj výrobek tím, že „se může pohybovat a otáčet s hbitostí geparda, což mu dává schopnost procházet složitým terénem a rychle se vyhýbat neočekávaným překážkám.“
Robot je vyroben z tenkého vrstveného materiálu, který se změnami v elektrickém napětí ohýbá a smršťuje. Ve studii z roku 2019 výzkumný tým z Berkeley prokázal, že tento jednoduchý design lze použít k vytvoření robota o velikosti švába, který se může pohybovat po rovném povrchu rychlostí 20 délek těla za sekundu.
To odpovídá absolutní rychlosti kolem dvou a půl kilometru za hodinu. Tak rychle běhají skuteční švábi. Ve své době šlo o rekord v rychlosti pohybu měřené délkou robota. Byla to nejvyšší relativní rychlost, jaké dosáhl jakýkoli robot velikosti hmyzu.
Hbitý hledač prasklin v plynovém potrubí
V nové studii publikované ve vědeckém časopise Science Robotics přidal výzkumný tým svému rekordně hbitému robotovi dvě končetiny s elektrostaticky ovládanými nášlapnými podložkami. Elektrické napětí přivedené na přísavnou podložku končetiny zvýší elektrostatickou sílu, která poutá končetinu k podložce.
Končetina pak drží pevněji na podkladu a nutí zbytek těla robota, aby se otáčel kolem chodidla. Dvojice nášlapných podložek dává operátorům plnou kontrolu nad dráhou pohybu robota a umožňuje robotovi, aby se otáčel rychlostí překonávající manévrovací rychlost většiny zástupců hmyzí říše.
„Náš původní robot se pohyboval velmi rychle, ale nemohli jsme ho dokonale ovládat. Neměli jsme úplnou kontrolu nad tím, zda zatočí doleva nebo doprava. Mohl se pohybovat do značné míry náhodně. Pokud by při jeho výrobě došlo k mírné odchylce a nebyl by dokonale symetrický, točil by se na místě na jednu stranu, “ říká vedoucí týmu Liwei Lin z University of California v Berkeley.
„V této práci bylo hlavní novinkou přidání přísavných elementů, které umožňují velmi rychlé zatáčení,“ dodává.
Při testech hbitosti navigovali vědci robota bludištěm z poházených kostek Lega. Robot nesl malý senzor reagující na přítomnost zemního plynu a kličkoval mezi kostkami, aby se vyhnul překážkám. Díky své jednoduché konstrukci vydrží robot bez poškození, i když na něj plnou vahou šlápne dospělý člověk.
„Malí a vysoce odolní roboti by mohli najít uplatnění při pátracích a záchranných operacích nebo v nebezpečných situacích, jako je vyhledávání potenciálních úniků plynu z poškozeného potrubí,“ přibližuje své vize Lin.
Zatím předváděli vědci schopnosti robota napájeného a ovládaného prostřednictvím kabelů. Vytvořili už ale také „neupoutanou“ verzi, která vydrží pracovat s plynovým senzorem na baterii až 19 minut a lze ji spolehlivě ovládat na vzdálenost 31 metrů.
„Jednou z největších výzev dneška je výroba miniaturních robotů, kteří si udrží výkon a ovladatelnost větších robotů,“ představuje Lin perspektivy tohoto odvětví robotiky.
„U větších robotů můžete použít velkou baterii a složitější řídicí systém. To není žádný problém. Ale když se pokusíte vše zminiaturizovat, bude hmotnost těchto prvků pro robota představovat velkou zátěž a robot se bude pohybovat s obtížemi a pomalu. Náš robot je ale velmi rychlý, poměrně silný a vyžaduje velmi málo energie, což mu umožňuje nosit senzory a elektroniku a zároveň i baterii. “
