Робототехники объяснили аномальную ловкость многоножек

Многоножки — надкласс наземных членистоногих с длиной тела от 2 до 32 миллиметров и числом ног до 750. Теоретически такое количество конечностей должно создавать пропульсивную и замедляющие силы, снижающие их маневренность. Несмотря на это отдельные представители подтипа, в частности Scutigera coleoptrata (Обыкновенная мухоловка), способны развивать скорость до 40 сантиметров в секунду. При этом многоножки ловко преодолевают препятствия.

Для устранения противоречия исследователи создали компьютерную и после — роботизированную модель многоножки общей длиной 1,35 метра. Устройство состояло из шести сегментов, объединенных пятью сочленениями вертикальной оси и торсионными пружинами. Каждый сегмент был оснащен парой двусуставных ног для передвижения, ноги на головном блоке имели дополнительное сочленение для ориентации тела с помощью лазерного сканера с дальномером. Соединение сегментов было пассивным, но суставы ног приводились в движение двигателями.

Шаг робота состоял из двух действий: описания ногой полуокружности и перемещения «стопы». В первоначальном варианте передние направляющие «стопы» перемещалась в плоскости параллельной телу, показатель жесткости на кручение у пружин составлял 450 ньютон-миллиметров на градус. При такой конфигурации все сегменты двигались только по прямой линии. Затем жесткость на кручение пружин в передних ногах была снижена до 7,3 ньютон-миллиметровов на градус. В результате ученым удалось добиться аутентичного искривления тела многоножки.

Авторы уточнили, что такая локомоция позволила суставчатоногому роботу сохранять динамическое равновесие. В основе его волнообразнового движения лежала суперкритическая бифуркция Андропова — Хопфа, в данном случае она проявлялась в том, что тело достигало периодической устойчивости за счет пиковых значений дисбаланса в статичном положении. Ключевым условием динамического равновесия робота стала высокая скорость движения.

«Это исследование дает ключ к решению вопросов, связанных пониманием двигательных функций животных, и осмысленному подходу в рамках биологических наук», — заявил соавтор работы Синья Аои.

По его словам, в дальнейшем подобные эксперименты позволят улучшить моторику роботов — вне зависимости от количества их конечностей.