Юный техник, 2015 № 11 - [8]
— BEAM — это сокращение до начальных букв слов Biology, Electronics, Aesthethics, Mechanics, — сказал мне Костя. — Кроме такой расшифровки существуют и другие популярные толкования термина, например, Biotechnology Ethology Analogy Morphology или Building Evolution Anarchy Modularity.
И далее Костя Горбунов выдал фразу, заученную им наизусть.
— Это термин, обозначающий принцип построения роботов, использующий простые аналоговые цепи (например, компараторы) вместо процессоров с целью достичь необычно простого (в сравнении с традиционными передвижными роботами) дизайна, который жертвует гибкостью ради надежности и эффективности выполнения определенного задания. Впрочем, существуют исключения, использующие не только аналоговые цепи, — таких роботов называют «мутантами»…
В переводе на обыкновенный язык эта премудрость означает следующее. Основу конструкции робота BEAM составляют аналоговые электрические цепи, в упрощенном виде копирующие биологические нейроны. Наличие таких цепей и других аналогичных устройств позволяет роботу худо-бедно ориентироваться в окружающей среде.
Механизм моделирования поведения нейронов с помощью электрических цепей был изобретен американцем Марком Тильденом. Похожие разработки ранее велись его коллегой Эдом Ритманом и описаны в работе «Эксперименты в области искусственных нейронных цепей».
Ныне существует множество роботов BEAM, использующих солнечные батареи для питания двигателя, что позволяет им автономно работать при различном освещении. Современная микроэлектроника дошла уже до того, что позволяет создавать роботов размером с ладонь или даже с ноготь пальца на руке.
Среди них популярны гибриды — роботы BEAMbots, использующие топологию «лошадь-и-всадник». Показательный пример такого гибрида недавно был продемонстрирован учеными Калифорнийского университета в Беркли (США). Они научили робота-таракана запускать робота-птицу, которая требует предварительного разгона для взлета.
Шестиногий робот-таракан X2-VelociRoACH отпечатан на 3D-принтере. Он весит всего 54 г, но передвигает ногами с частотой 45 Гц, разгоняясь до 5 м/с, что является своего рода мировым рекордом для шагающих роботов таких размеров.
На нем «сидит верхом» летающий робот-орнитоптер H2Bird, который машет крыльями с частотой 5 Гц. При весе 13 г орнитоптер взлетает со спины таракана, как только тот достигает скорости в 1,3 м/с.
Исследователи полагают, что у необычного тандема блестящие перспективы. Подобные конструкции в будущем могут быть использованы, например, в качестве разведывательных роботов. Робот-таракан X2-Veloci-RoACH, который умеет быстро бегать, нырять в щели и карабкаться по препятствиям, будет осуществлять наземную разведку. А робот-птица H2Bird тем временем станет обозревать местность свысока…
Костя Горбунов демонстрирует свой доклад на планшете.
В настоящее время существуют разные виды («тропы») роботов BEAM, которые созданы для выполнения разных задач. Наиболее часто встречаются фототропы, поскольку поиск света является наиболее очевидной задачей для использующего солнечную энергию робота. Далее, аудиотропы реагируют на звуки, причем аудиофилы следуют за источниками звука, а аудиофобы, напротив, уходят от них. Радиотропы реагируют на радиочастоты, а термотропы — на тепло…
Роботы BEAM имеют также множество механизмов движения и позиционирования. Например, роботы-вибраторы используют небольшой мотор со смещенным центром тяжести для вибрации, а роботы-змеи движутся по горизонтальной волне, в отличие от роботов-червей, которые движутся по продольной волне. Существуют еще и кроулеры: роботы, движущиеся с помощью гусениц, колес или механических ног. Словом, их ныне придумано немало, включая роботов, движимых искусственными мускулами.
1. Модель робота-муравья.
2. Роботы-муравьи способны действовать группами.
Схема робота-муравья.
>Цифрами обозначены: 1 — оптический сенсор; 2 — 3D-стереокамера; 3 — антенна; 4 — схема управления на микрочипах; 5 — радиомодуль; 6 — преобразователь напряжения; 7 — процессор; 8 — электробатареи; 9 — пьезоэлектрические «мышцы» ног; 10 — пьезоэлектрические «мышцы» жвал-хватателей.
Ежегодно в г. Теллуриде (штат Колорадо, США) проводится международное собрание ученых, занимающихся ВЕАМ-роботами, для обмена опытом. До недавнего времени в собраниях участвовал и сам Марк Тильден, однако ныне ему пришлось отказаться от участия из-за сильной занятости.
Тем не менее, и без него конструкторы всякий раз демонстрируют все новые интересные экспонаты. Так, сотрудники Стэнфордского университета недавно продемонстрировали крошечных роботов-силачей, способных перемещать предметы, вес которых в сотни или даже тысячи раз превосходит их собственный.
Главный секрет этих роботов скрыт в их конечностях, которые скопированы с лап гекконов. Поверхность «ступней» роботов покрыта специальными резиновыми
пластырями, усеянными микроскопическими резиновыми шипами. Когда пластырь прикладывается к поверхности и на него оказывается вертикальное давление и продольное усилие, шипы изгибаются, увеличивая во много раз площадь контакта с поверхностью. А когда робот тянет свою конечность вперед, то шипы распрямляются и конечность без проблем отделяется даже от вертикальной поверхности.
