Inżynierowie z Harvardu postanowili podejść do tematu od zupełnie innej strony. Ich badania koncentrują się nie na coraz bardziej złożonej elektronice, ale na mądrym zaprojektowaniu samej mechaniki. Pomysł jest prosty: skoro natura stworzyła doskonałe połączenia, dlaczego by ich nie naśladować? Efektem jest nowa metoda projektowania przegubów, która może zmienić zasady gry.
Matematyka ukryta w ruchu. Kiedy stawy przejmują kontrolę
Sednem nowego podejścia jest odejście od prostych przegubów obrotowych na rzecz rozwiązań z tzw. kontaktem tocznym. To właśnie w ten sposób działa ludzkie kolano – dwie zakrzywione powierzchnie kości, oddzielone chrząstką, które toczą się i ślizgają względem siebie, stabilizowane przez wiązadła. To arcydzieło inżynierii, które łączy ogromną wytrzymałość z płynnością ruchu.
Zamiast zwalczać prawa fizyki za pomocą skomplikowanych algorytmów i ciągłych korekt silników, zespół z Harvardu postanowił je zaprząc do pracy. Projektuje się nieregularne kształty powierzchni stykających się elementów przegubu. Ich specyficzny kształt jest optymalizowany komputerowo tak, aby podczas ruchu automatycznie generowały pożądaną siłę i tor. W praktyce oznacza to, że część zadań związanych z kontrolą pozycji i stabilnością przejmuje sama konstrukcja mechaniczna, odciążając system sterowania i oszczędzając energię.
Teoria to jedno, ale liczby robią wrażenie
Prototypowy przegub zaprojektowany nową metodą, naśladujący pracę kolana, był w stanie skorygować niewspółosiowość w niemal 99 procentach. To kolosalna poprawa precyzji w porównaniu do standardowych rozwiązań.
Czytaj też: Robotyczni spawacze w Luizjanie. Humanoidy wchodzą do fabryk stali
Jeszcze bardziej wymowny jest test dwupalczastego chwytaka. Wersja z przegubami zaprojektowanymi według nowych zasad była w stanie utrzymać ciężar ponad trzykrotnie większy niż identyczny chwytak z konwencjonalnymi przegubami. Kluczowe jest to, że osiągnięto to przy dokładnie tym samym nakładzie mocy z siłownika. To pokazuje realny potencjał: roboty mogą stać się znacząco silniejsze bez zwiększania zużycia energii, albo lżejsze i bardziej energooszczędne przy zachowaniu siły.
Gdzie nowa technologia znajdzie zastosowanie
Perspektywy wykorzystania tej metody są bardzo szerokie. Pierwszym, oczywistym kierunkiem są wszelkiego rodzaju urządzenia wspomagające, jak egzoszkielety rehabilitacyjne czy wspomagające pracę fizyczną. Dłuższy czas pracy na baterii przy jednoczesnej większej sile lub mniejszej wadze to marzenie każdego projektanta takiego sprzętu. Rozwój humanoidalnych robotów, napędzany postępem sztucznej inteligencji, także może na tym skorzystać. W końcu otrzymają one podstawowy element – przeguby – które będą znacznie lepiej imitować biologię, co przełoży się na płynniejszy, pewniejszy i bardziej ekonomiczny ruch. To może być brakujący element układanki.
Ciekawym polem badawczym jest również biomechanika. Możliwość projektowania i testowania przegubów o dowolnych, niestandardowych kształtach pozwoli naukowcom lepiej modelować i rozumieć, jak działają stawy u ludzi i zwierząt.
Czytaj też: Unitree G1 rzuca wyzwanie arktycznej zimie i wychodzi z tego starcia zwycięsko
Praca naukowców z Harvardu to ważny krok w stronę robotyki, która porusza się bardziej naturalnie i efektywnie. Zamiast dodawać kolejne czujniki i skomplikowany kod, inżynierowie udowadniają, że elegancja mechaniczna i matematyczna może rozwiązać problemy, z którymi oprogramowanie borykało się od lat. Optymalizacja stawów pod konkretne trajektorie ruchu to droga do lżejszych, silniejszych i tańszych robotów, które w końcu przestaną kojarzyć się z topornymi ruchami maszyn.