En los últimos años, con el rápido desarrollo de la robótica, los robots cuadrúpedos se han convertido gradualmente en un punto de acceso de investigación. No solo muestran un gran potencial en los campos del ejército, el rescate, la logística, etc., sino que también promueven el progreso de la ciencia y la tecnología en biónicos, el control de movimiento, etc. Recientemente, uno de los robots cuádrupados más rápidos del mundo ha atraído la velocidad de atención generalizada ha superado los 10 metros por segundo (aproximadamente 36 kilómetros por hora), que incluso superan la capacidad de muchos animales terrestres. La clave de este avance se encuentra en la estructura de su pierna de fibra de carbono diseñada para imitar las jerboas.
Este artículo explorará en profundidad los principios técnicos, el diseño biónico, la aplicación de materiales de fibra de carbono y las perspectivas futuras de este robot cuadrúpedo.
Un robot cuadrúpedo es un robot que imita el movimiento de cuadrúpedos. Su inspiración de diseño proviene principalmente de mamíferos en la naturaleza, como perros, gatos, caballos, etc. en comparación con los robots con ruedas o rastreados, los robots cuadrúpedos tienen una adaptabilidad de terreno más fuerte y pueden moverse de manera estable en entornos complejos, como montañas resistentes, ruinas o nieve.
En los últimos años, se han realizado un progreso significativo en el campo de los robots cuadrúpedos. Por ejemplo, el robot spot de Boston Dynamics se ha puesto en uso en inspecciones industriales, sitios de construcción y otros escenarios. Sin embargo, a pesar de la excelente estabilidad y adaptabilidad de los robots cuadrúpedos, su velocidad de movimiento siempre ha sido uno de los cuellos de botella técnicos. La mayoría de los robots cuadrúpedos corren a una velocidad de solo unos pocos metros por segundo, mucho más bajo que la capacidad de correr de muchos animales terrestres.
Para romper esta limitación, los investigadores comenzaron a buscar inspiración en la naturaleza, y las ratas canguro se convirtieron en un objeto biónico importante.
Los jerboas son pequeños roedores que viven en áreas desérticas, conocidas por su excelente capacidad de salto y carrera de alta velocidad. La estructura de la pierna trasera de Jerboas es muy especial, con las siguientes características:
Terneros largos y fuertes:
Los huesos de la pantorrilla de Jerboas son delgados y ligeros, y pueden almacenar y liberar una gran cantidad de energía potencial elástica.
Sistema de tendón eficiente:
Los tendones de Jerboas tienen una eficiencia elástica extremadamente alta, lo que puede reducir la pérdida de energía al saltar y correr.
Habilidad de reacción rápida:
El sistema nervioso de Jerboas puede ajustar rápidamente la tensión de los músculos y los tendones, logrando así saltos y corriendo eficientes.
Estas características permiten que Jerboas se mueva rápidamente en el desierto, evite los depredadores y encuentre alimentos. Al imitar la estructura de la pantorrilla de Jerboas, los investigadores han diseñado un nuevo tipo de ternera de fibra de carbono y la han aplicado a robots cuadrúpedos.
La fibra de carbono es un material liviano y de alta resistencia que se usa ampliamente en equipos aeroespaciales, de fabricación de automóviles y deportes. En los robots cuadrúpedos, el diseño de la pantorrilla de fibra de carbono tiene las siguientes ventajas:
Ligero:
La densidad de la fibra de carbono es mucho menor que la de los materiales metálicos, lo que puede reducir significativamente el peso del robot, aumentando así su velocidad de movimiento.
Alta fuerza:
La resistencia de la fibra de carbono es mayor que la de la mayoría de los materiales metálicos y puede soportar el enorme impacto generado cuando se ejecuta a alta velocidad.
Módulo elástico alto:
La fibra de carbono tiene buenas propiedades elásticas y puede almacenar y liberar energía como los tendones de Jerboas, mejorando así la eficiencia del movimiento del robot.
Lo más destacado de este robot cuadrúpedo es que su velocidad de ejecución supera los 10 m/s, que es mucho más rápido que los robots cuadrupbidos existentes e incluso cerca de la velocidad de carrera de los guepardos (aproximadamente 30 m/s). Este avance se debe principalmente a las siguientes tecnologías:
Combinación de diseño biónico y materiales de fibra de carbono:
Al imitar la estructura de la pantorrilla de Jerboa y combinar las características livianas y de alta resistencia de los materiales de fibra de carbono, el robot puede mantener la estabilidad y la eficiencia cuando se ejecuta a alta velocidad.
Conversión de energía eficiente:
El mecanismo de almacenamiento de energía elástica de la pantorrilla de fibra de carbono puede convertir la energía cinética del robot en energía potencial elástica y liberarla en el siguiente paso, reduciendo así la pérdida de energía.
Sistema de control inteligente:
El robot está equipado con algoritmos avanzados de control de movimiento que pueden ajustar los ángulos de la marcha y las articulaciones en tiempo real para adaptarse a diferentes requisitos de terreno y velocidad.
El robot cuadrúpedo más rápido de este mundo tiene amplias perspectivas de aplicación en muchos campos:
Rescate y búsqueda y rescate:
En la escena de un desastre o accidente natural, el robot puede ingresar rápidamente al área peligrosa para buscar sobrevivientes o transmitir información.
Militar y seguridad:
El robot se puede utilizar para patrullas fronterizas, misiones de reconocimiento o manejo de mercancías peligrosas.
Logística y transporte:
En un terreno complejo, el robot puede transportar rápidamente materiales, especialmente en lugares difíciles de acceder, como áreas montañosas o áreas de desastre.
Investigación científica:
El robot se puede utilizar para estudiar mecanismos de movimiento animal, diseño biónico y algoritmos de control de movimiento de alta velocidad.
