פתרון פיזיקלי אחד למגוון אופני תנועה רובוטיים

Image from Clemson Engineering, Computing and Applied Sciences on YouTube
Image from Clemson Engineering, Computing and Applied Sciences on YouTube

This post is also available in: English (אנגלית)

רובוטים מוגבלים לא פעם באופן שבו הם נעים. גלגלים מתקשים להתמודד עם מכשולים, רגליים מחייבות מפרקים ובקרה מורכבים, ומדחפים מוסיפים משקל וצריכת אנרגיה. כל סביבה — יבשה, מים או חללים צרים — דורשת לרוב תכנון מכני שונה. הפיצול הזה מקשה על פריסת רובוטים בשטחים מעורבים או בלתי־צפויים, שבהם אין אפשרות להחליף פלטפורמה.

מאמץ מחקרי חדש בוחן דרך פשוטה בהרבה לפתור את הבעיה, באמצעות הסתמכות על אפקט פיזיקלי יחיד במקום מערכות ניידות מרובות. הגישה עושה שימוש במסה מסתובבת שאינה ממורכזת בתוך הרובוט, היוצרת תנועה באמצעות כוח צנטריפטלי. כאשר המסה מסתובבת, נוצרות על הגוף כוחות היכולים לדחוף, להרים או לסובב אותו — בהתאם לכיול המערכת. העיקרון מוכר מחיי היומיום: מכונת כביסה לא־מאוזנת הרועדת במהלך סחיטה.

באמצעות אפקט זה הדגימו החוקרים כמה רובוטים שונים מאוד, המונעים למעשה על ידי אותו מנגנון בסיסי. אב־טיפוס אחד דומה לגלגל פשוט, אך מסוגל להתגלגל על קרקע שטוחה ולאחר מכן לקפוץ שוב ושוב על ידי האצת המסה הפנימית. בניגוד לרובוטים קופצים המבוססים על קפיצים, הוא אינו זקוק לזמן "איפוס", ולכן מתאים במיוחד לשטחים קשים או לא־אחידים.

על פי דיווח של Interesting Engineering, אותה תפיסה הותאמה גם לסביבה ימית. רובוט דמוי־דג מעביר אנרגיה מהמסה המסתובבת אל זנב גמיש, וכך מסוגל לשחות, לפנות ולצלול באמצעות שינוי מהירות הסיבוב. מאחר שהתנועה מבוססת על דינמיקה פנימית ולא על מדחפים חיצוניים, המערכת חסכונית יחסית באנרגיה ופשוטה מבחינה מכנית. גרסה נוספת תוכננה לחללים צרים: בתוך צינורות דקים, מסה מסתובבת גורמת לזיפים קטנים לאחוז ולהשתחרר מדפנות הצינור, וכך נוצרת תנועה קדימה גם במעברים ברוחב של סנטימטרים בודדים.

כעת עובדים על להרחיב את הקונספט גם לאוויר. החוקרים בודקים האם מסות מסתובבות יכולות להניע כנפיים בתדרים הגבוהים הנדרשים לטיסה דמוית־חרק, ובכך אולי להחליף מנועים קונבנציונליים ברובוטים מעופפים זעירים.

מבחינת ביטחון והגנת המולדת, סוג כזה של ניידות הוא רלוונטי במיוחד; רובוטים היכולים להתגלגל, לקפוץ, לשחות, לזחול בצינורות ואף לטוס — מבלי להחליף פלטפורמה — מתאימים לחיפוש ולבדיקה בסביבות מורכבות. יישומים אפשריים כוללים סיור במנהרות, בדיקת תשתיות, ניטור ימי או פעולה במבנים שקרסו, שבהם הגישה מוגבלת והשטח משתנה במהירות.

באמצעות צמצום הניידות לאפקט פיזיקלי נשלט, ולא למכלולים מכניים מורכבים, רובוטים מבוססי מסה מסתובבת מצביעים על מחלקה חדשה של מערכות אדפטיביות — מכונות שנעות לא באמצעות הוספת חלקים, אלא באמצעות ניצול יעיל יותר של חוקי הפיזיקה.