Amphibious Robot Dog, w skrócie ARD, to czteronożny robot mierzący zaledwie 30 cm długości i ważący 2,25 kg. Na pierwszy rzut oka przypomina wiele innych czworonożnych konstrukcji, jakie pojawiły się w ostatnich latach w laboratoriach badawczych i na filmach promocyjnych firm, takich jak Boston Dynamics. Ale ARD różni się zasadniczo od większości: został zaprojektowany nie tylko do chodzenia, lecz także do pływania.
Czytaj też: Robot inspirowany pszczołą zyskał nogi muchy – teraz potrafi lądować z prawdziwą gracją
Twórcy z South China University of Technology – zespół pod kierunkiem prof. Yunquana Li i Ye Chena – postanowili stworzyć robota, który w sposób realistyczny i efektywny naśladuje ruchy psa nie tylko na lądzie, ale również w wodzie. Efekt? Maszyna, która osiąga na lądzie prędkość 1,2 długości swojego ciała na sekundę (BL/s), a w wodzie potrafi pływać z prędkością 0,54 długości ciała na sekundę. To nieco mniej niż przeciętny pies, ale i tak stanowi znaczący postęp. Szczegóły opisano w czasopiśmie Bioinspiration & Biomimetics.
Ten robot pływa “pieskiem” prawie tak dobrze jak prawdziwy pies
Jednym z największych wyzwań przy projektowaniu pływających robotów jest nie tylko utrzymanie ich na powierzchni wody, ale zapewnienie im odpowiedniej stabilności i efektywności ruchu. Dlatego inżynierowie z SCUT przywiązali szczególną wagę do równowagi pomiędzy środkiem ciężkości a środkiem wyporu ARD. To kluczowe dla uniknięcia przewracania się robota i zapewnienia mu kontrolowanego zachowania w wodzie.
Czytaj też: Chiński robot naśladuje ruch geparda dzięki innowacyjnej technologii
Prof. Yunquan Li mówi:
Nasza innowacja to duży krok naprzód w projektowaniu robotów inspirowanych naturą. Zdolność naszego psa-robota do efektywnego poruszania się po lądzie i w wodzie wynika z planowania trajektorii wzorowanego na naturalnych ruchach prawdziwych zwierząt.
Aby zoptymalizować pływanie ARD, naukowcy przetestowali trzy różne style ruchu pod wodą. Pierwszy z nich, nazwany LSPG (Lateral Sequence Paddling Gait), obejmował dwa warianty inspirowane klasycznym stylem pływania zwanym “pieskiem”, czyli naprzemiennym ruchem łap. W jednej wersji każda kończyna poruszała się samodzielnie, z 25-procentowym udziałem w fazie napędzającej, natomiast w drugiej ruchy się nakładały, co bardziej przypominało naturalne ruchy psa i wiązało się z 33-procentowym udziałem tej fazy. Trzeci testowany styl to TLPG (Trot-like Paddling Gait), w którym poruszały się jednocześnie przeciwległe kończyny – lewa przednia z prawą tylną, a następnie prawa przednia z lewą tylną – przy czym faza napędu stanowiła w tym przypadku 50 proc. cyklu.
W testach w basenie okazało się, że najbardziej efektywny był drugi styl LSPG, który pozwolił osiągnąć prędkość 0,54 BL/s. Nieco mniej efektywny był pierwszy wariant LSPG, natomiast TLPG, choć najwolniejszy, zapewniał największą stabilność pływania. Takie porównanie ruchów mechanicznych z naturalnymi torami poruszania się zwierząt to przykład biomimetyki w najczystszej postaci.
Choć ARD to na razie projekt badawczy, potencjalne zastosowania takich maszyn są bardzo szerokie. W warunkach klęsk żywiołowych, takich jak powodzie, pies-robot mógłby poszukiwać ofiar, badać teren, a nawet dostarczać niewielkie ładunki ratunkowe. Jego zdolność do poruszania się w zróżnicowanym środowisku – lądowym i wodnym – daje mu znaczną przewagę nad typowymi dronami czy robotami kołowymi.
Równie obiecujące jest wykorzystanie ARD w ekologii: do monitorowania jakości wody, obserwacji dzikiej przyrody w trudno dostępnych miejscach lub zbierania danych z jezior i rzek, gdzie pływające drony nie są wystarczająco mobilne.
Rozwój konstrukcji takich jak ARD może oznaczać początek nowej generacji robotów terenowo-wodnych. Do tej pory większość rozwiązań skupiała się na specjalizacji: maszyny dobrze radziły sobie albo na lądzie, albo w wodzie, rzadko łącząc obie zdolności w jednej kompaktowej konstrukcji. ARD pokazuje, że dzięki precyzyjnemu projektowi inspirowanemu naturą, możliwe jest stworzenie robota, który równie dobrze porusza się w obu środowiskach.