V posledních letech se s rychlým vývojem robotiky čtyřnásobné roboty postupně staly výzkumným hotspotem. Ukazují nejen velký potenciál v oblasti vojenské, záchrany, logistiky atd., Ale také podporují pokrok vědy a technologie v bionice, kontrole pohybu atd. V poslední době jeden z nejrychlejších čtyřnásobných robotů na světě přitahoval rozsáhlou pozornost-rychlost běhu překročila 10 metrů za sekundu (asi 36 kilometrů za hodinu)), což dokonce převyšuje běžeckou schopnost mnoha pozemkových zvířat. Klíč k tomuto průlomu spočívá ve struktuře nohou uhlíkových vláken navržená tak, aby napodobovala jerboasy.
Tento článek prozkoumá do hloubky technické principy, bionický design, aplikaci materiálů z uhlíkových vláken a budoucí vyhlídky tohoto čtyřnásobného robota.
Čtyřnásobný robot je robot, který napodobuje pohyb čtyřnásobných. Jeho konstrukční inspirace pochází hlavně od savců v přírodě, jako jsou psi, kočky, koně atd. Ve srovnání s roboty s kolami nebo sledovanými roboty mají čtyřnásobné roboty silnější přizpůsobitelnost terénu a mohou se pohybovat stabilně ve složitých prostředích, jako jsou robustní hory, ruiny nebo sníh.
V posledních letech došlo k významnému pokroku v oblasti čtyřnásobných robotů. Například Boston Dynamicsův robot byl použit v průmyslových inspekcích, staveništích a dalších scénářích. I přes vynikající stabilitu a přizpůsobivost čtyřpodnikových robotů však byla jejich rychlost pohybu vždy jedním z technických úzkých míst. Většina čtyřnásobných robotů běží rychlostí jen několik metrů za sekundu, mnohem nižší než běžící schopnost mnoha zemských zvířat.
Aby se toto omezení prolomilo, začali vědci hledat inspiraci z přírody a krysy klogaroo se staly důležitým bionickým objektem.
Jerboové jsou malí hlodavci žijící v pouštních oblastech, známí svou vynikající schopností skákání a vysokorychlostní běh. Struktura zadní nohy jerboas je velmi zvláštní, s následujícími charakteristikami:
Dlouhá a silná telata:
Teletní kosti Jerboas jsou štíhlé a lehké a mohou ukládat a uvolňovat velké množství elastické potenciální energie.
Efektivní systém šlachy:
Šlachy Jerboas mají extrémně vysokou elastickou účinnost, která může při skákání a běhu snížit ztrátu energie.
Rychlá reakční schopnost:
Nervový systém Jerboasů může rychle upravit napětí svalů a šlach, čímž se dosahuje efektivního skákání a běhu.
Tyto vlastnosti umožňují Jerboasům rychle se pohybovat v poušti, vyhýbat se dravcům a najít jídlo. Napodobováním struktury lýtka jerboasů vědci navrhli nový typ tele z uhlíkových vláken a aplikovali jej na čtyřnásobné roboty.
Uhlíkové vlákno je lehký a vysoce pevný materiál, který se široce používá v leteckém, automobilovém výrobě a sportovním vybavení. U čtyřnásobných robotů má návrh telecího vlákna následující výhody:
Lehký:
Hustota uhlíkového vlákna je mnohem nižší než hustota kovových materiálů, což může výrazně snížit hmotnost robota, čímž se zvyšuje jeho rychlost pohybu.
Vysoká síla:
Síla uhlíkového vlákna je vyšší než u většiny kovových materiálů a vydrží obrovský dopad generovaný při běhu vysokou rychlostí.
Vysoký elastický modul:
Uhlíkové vlákno má dobré elastické vlastnosti a může ukládat a uvolňovat energii jako šlachy Jerboas, čímž se zlepšuje účinnost pohybu robota.
Největším vrcholem tohoto čtyřnásobného robota je, že jeho rychlost běžícího přesahuje 10 m/s, což je mnohem rychlejší než stávající čtyřnásobné roboty a dokonce i blízké běžecké rychlosti gepardů (asi 30 m/s). Tento průlom je způsoben hlavně následujícími technologiemi:
Kombinace materiálů biologického designu a uhlíkových vláken:
Napodobováním struktury lýtky Jerboa a kombinováním lehkých a vysoce pevných vlastností materiálů z uhlíkových vláken může robot udržovat stabilitu a účinnost při běhu vysokou rychlostí.
Efektivní konverze energie:
Mechanismus skladování energie elastického energie uhlíku z uhlíkových vláken může převést kinetickou energii robota na elastickou potenciální energii a uvolnit ji v dalším kroku, čímž se sníží ztráta energie.
Inteligentní kontrolní systém:
Robot je vybaven pokročilými algoritmy řízení pohybu, které mohou v reálném čase upravit chůze a úhly kloubů, aby se přizpůsobily různým požadavkům na terén a rychlost.
Nejrychlejší čtyřnásobný robot tohoto světa má v mnoha oborech široké vyhlídky na aplikace:
Záchrana a hledání a záchranu:
Na místě přírodní katastrofy nebo nehody může robot rychle vstoupit do nebezpečné oblasti a hledat přeživší nebo předat informace.
Vojenská a bezpečnost:
Robot lze použít pro pohraniční hlídky, průzkumné mise nebo manipulaci s nebezpečným zbožím.
Logistika a přeprava:
Ve složitém terénu může robot rychle přepravovat materiály, zejména na obtížně přístupných místech, jako jsou horské oblasti nebo oblasti katastrof.
Vědecký výzkum:
Robot lze použít ke studiu mechanismů pohybu zvířat, bionického designu a vysokorychlostních algoritmů řízení pohybu.
