Покрытие из программируемого материала защитит роботов и беспилотники при ударах и столкновениях

Судьи и зрители, наблюдавшие за проведением финала соревнования DARPA Robotics Challenge в 2015 году, заметили, что большинство из роботов имело щитки, защищающие от повреждений их конечности, приводы и другие критические узлы при ударах и падениях. Щитки, конечно, являются проверенным универсальным средством, однако их использование делает конструкцию робота более тяжелей и ограничивает подвижность их конечностей. Для решения всех вышеописанных проблем специалисты из Лаборатории информатики и искусственного интеллекта (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory, CSAIL) Массачусетского технологического института предлагают использовать покрытия из специальных материалов, которые не только защитят хрупкие детали и механизмы, но и позволят роботам выполнять более точные движения.

Используя традиционные технологии трехмерной печати, специалисты лаборатории CSAIL создали новый вид материала для покрытий, который получил название программируемый вязкоупругий материал (programmable viscoelastic material, PVM). Изменяя параметры процесса трехмерной печати можно не только придавать любую форму изделиям из этого материала, это также позволяет регулировать плотность, вязкость и эластичность материала, параметры, которые определяют его механические свойства и реакцию на внешние силовые воздействия.

Резины и некоторые сорта пластмасс также относятся к классу вязкоупругих материалов, используемых для изготовления элементов защиты различного рода, к примеру, в автомобилях. Однако, традиционный процесс изготовления одноразовых или мелкосерийных изделий из таких материалов является долгим и дорогостоящим. И решением этой проблемы стала технология трехмерной печати, модернизированная соответствующим образом. В отличие от традиционных принтеров, которые используют уже готовый материал, в новой технологии PVM-материал изготавливается прямо в процессе производства изделия. Для этого у принтера имеется несколько емкостей с ингредиентами и устройство, смешивающее их на ходу в заданных пропорциях.

Еще одним отличием от традиционной технологии трехмерной печати, является использование вместо высокой температуры ультрафиолетового света, под воздействием которого производится полимеризация фотополимерных материалов, входящих в состав PVM-материала.

Для проверки защитных свойств покрытия из нового материала исследователи CSAIL использовали роботов-кубиков, о которых мы рассказывали в прошлом году. Каждый из этих роботов имеет твердый корпус, микроконтроллер, инерционные датчики, аккумуляторную батарею и электродвигатель, к которому прикреплены полосы из пружинной стали. Несколько экземпляров таких роботов-кубиков были изготовлены полностью или были покрыты слоями из различных PVM-материалов, которые выступали в роли амортизирующего защитного покрытия.

В результате испытаний, во время которых роботы совершали достаточно высокие "подскоки" и затем падали на твердую поверхность, первыми вышли из строя все роботы, не имевшие амортизирующего покрытия. Роботы, имевшие же таковое, смогли проработать более длительный срок, который зависел от эффективности того или иного вида покрытия.

Покрытия из PVM-материалов могут наноситься с некоторых случаях прямо в процессе производства изделий. Кроме этого, использование трехмерной печати позволит быстро и недорого изготовить "защитный кожух" для уже имеющегося изделия с поверхностью и формой любой степени сложности. И все это вместе может быть использовано для продления сроков службы различных робототехнических устройств, беспилотных летательных аппаратов, для улучшения потребительских свойств спортивной обуви и для защиты тонких механизмов различных камер и датчиков.