В новой статье команда инженеров из Соединенных Штатов и Канады, в том числе робототехник из Университета Колорадо в Боулдере Каушик Джаярам, решили ответить на эту загадку.
Группа проанализировала данные десятков исследований и пришла к решительному «нет». Почти во всех случаях биологические организмы, такие как гепарды, тараканы и даже люди, по-видимому, способны убежать от своих роботов, сообщает «phys.org».
За 200 лет интенсивной инженерной работы люди смогли отправить космические корабли на Луну, Марс и многое другое. Но сбивает с толку тот факт, что у нас до сих пор нет роботов, которые значительно лучше, чем биологические системы, передвигаются в естественной среде.
Исследователи надеются, что это вдохновит инженеров на то, чтобы научиться создавать более гибких и мобильных роботов.
Исследователи пришли к выводу, что неспособность роботов обогнать животных не сводится к недостаткам какой-либо одной части механизма, такой как батареи или приводы. Вместо этого инженеры могут потерпеть неудачу в том, чтобы заставить эти части работать вместе эффективно.
«Пауки-волки — прирожденные охотники», — сказал Джаярам. «Они живут под камнями и могут бегать по сложной местности с невероятной скоростью, чтобы поймать добычу».
Ученые хотят представить себе мир, в котором инженеры создают роботов, которые работают немного эффективней, чем эти необычные паукообразные.
«Животные, в некотором смысле, являются воплощением этого главного принципа дизайна — системы, которая очень хорошо функционирует вместе», — сказал он.
Вопрос «кто может бегать лучше, животные или роботы?» - сложен, потому что сам бег сложен.
В предыдущем исследовании Джаярам и его коллеги из Гарвардского университета разработали линейку роботов, которые стремятся имитировать поведение часто ругаемого таракана. Модель команды HAMR-Jr умещается на пенни и мчится со скоростью, эквивалентной скорости гепарда. Но, как отметил Джаярам, в то время как HAMR-Jr может двигаться вперед и назад, он не так хорошо перемещается из стороны в сторону или по ухабистой местности. Скромные тараканы, напротив, без проблем бегают по поверхностям от фарфора до грязи и гравия. Они также могут взбираться по стенам и протискиваться через крошечные щели.
Чтобы понять, почему такая универсальность остается проблемой для роботов, авторы нового исследования разбили эти машины на пять подсистем, включая питание, раму, привод, датчики и управление. К удивлению группы, лишь немногие из этих подсистем, по-видимому, не дотягивали до своих эквивалентов у животных.
Высококачественные литий-ионные аккумуляторы, например, могут обеспечить до 10 киловатт энергии на каждый килограмм (2,2 фунта), который они весят. Животная ткань, напротив, производит примерно одну десятую от этого. Мышцы, между тем, не могут приблизиться к абсолютному крутящему моменту многих двигателей.
«Но на системном уровне роботы не так хороши», — сказал Джаярам. «Мы сталкиваемся с неотъемлемыми компромиссами при проектировании. Если мы попытаемся оптимизировать что-то одно, например, скорость движения вперед, мы можем упустить что-то еще, например, способность поворачивать».
Животные, отметил Джаярам, не разделены на отдельные подсистемы так же, как роботы. Квадрицепсы, например, двигают ноги так же, как приводы HAMR-Jr двигают конечностями. Но квадрицепсы также вырабатывают свою собственную силу, расщепляя жиры и сахара и включая нейроны, которые могут чувствовать боль и давление.
Джаярам считает, что будущее робототехники может свестись к «функциональным подразделениям», которые делают то же самое: вместо того, чтобы держать источники питания отдельно от ваших двигателей и печатных плат, почему бы не интегрировать их все в одну часть?
Инженеры все еще далеки от достижения этой цели. Некоторые, такие как Джаярам, делают шаги в этом направлении, например, с помощью робота Compliant Legged Chatd Robotic Insect (CLARI) из его лаборатории, многоногого робота, который двигается немного как паук. Джаярам объяснил, что CLARI полагается на модульную конструкцию, в которой каждая из его ног действует как автономный робот со своим собственным двигателем, датчиками и схемами управления. Новая и улучшенная версия команды под названием mCLARI может перемещаться во всех направлениях в ограниченном пространстве, впервые для четвероногих роботов.
Это еще одна вещь, которой инженеры, такие как Джаярам, могут научиться у этих идеальных охотников, пауков-волков.
«Природа – очень полезный учитель».