En els darrers anys, amb el ràpid desenvolupament de la robòtica, els robots quadrúpeds s’han convertit gradualment en un punt de recerca. No només mostren un gran potencial en els camps de militars, rescat, logística, etc., sinó que també promouen el progrés de la ciència i la tecnologia en bioners, control de moviment, etc. Recentment, un dels robots quadrúpits més ràpids del món ha atret una atenció generalitzada que ha superat la velocitat de funcionament de 10 metres per segon (uns 36 quilòmetres per hora), que supera fins i tot la capacitat de funcionament de molts animals de terra. La clau d’aquest avenç rau en la seva estructura de les cames de fibra de carboni dissenyada per imitar els jerboas.
Aquest article explorarà en profunditat els principis tècnics, el disseny bionic, l’aplicació de materials de fibra de carboni i les perspectives futures d’aquest robot quadrupat.
Un robot quadrup és un robot que imita el moviment dels quadrúpedes. La seva inspiració de disseny prové principalment de mamífers a la natura, com ara gossos, gats, cavalls, etc. En comparació amb robots de rodes o rastrejats, els robots quadrúped tenen una adaptabilitat de terreny més forta i es pot moure de manera estable en entorns complexos, com ara muntanyes accidentades, ruïnes o neu.
En els darrers anys, s’han avançat significatius en el camp dels robots quadrúpits. Per exemple, el robot puntual de Boston Dynamics ha estat utilitzat en inspeccions industrials, llocs de construcció i altres escenaris. Tot i això, malgrat l’excel·lent estabilitat i adaptabilitat dels robots quadrúpits, la seva velocitat de moviment sempre ha estat un dels colls d’ampolla tècnics. La majoria dels robots quadrúpits corren a una velocitat de només uns metres per segon, molt inferior a la capacitat de funcionament de molts animals terrestres.
Per tal de trencar aquesta limitació, els investigadors van començar a buscar inspiració de la natura i les rates de cangur es van convertir en un objecte bònic important.
Els Jerboas són petits rosegadors que viuen a les zones del desert, conegudes per la seva excel·lent capacitat de salt i la carrera d’alta velocitat. L’estructura de les cames posteriors de Jerboas és molt especial, amb les següents característiques:
Vedells llargs i forts:
Els ossos de la vedella de Jerboas són esvelts i lleugers i poden emmagatzemar i alliberar una gran quantitat d’energia potencial elàstica.
Sistema de tendó eficient:
Els tendons de Jerboas tenen una eficiència elàstica extremadament elevada, cosa que pot reduir la pèrdua d’energia en saltar i funcionar.
Capacitat de reacció ràpida:
El sistema nerviós de Jerboas pot ajustar ràpidament la tensió dels músculs i els tendons, aconseguint així un salt eficient.
Aquestes característiques permeten que Jerboas es mogui ràpidament al desert, eviti els depredadors i trobin menjar. Imitant l'estructura de la vedella de Jerboas, els investigadors han dissenyat un nou tipus de vedella de fibra de carboni i l'han aplicat a robots quadrúpits.
La fibra de carboni és un material lleuger i d’alta resistència que s’utilitza àmpliament en l’equip aeroespacial, la fabricació d’automòbils i els equips esportius. En els robots quadrúpits, el disseny de la vedella de fibra de carboni té els avantatges següents:
Lleuger:
La densitat de fibra de carboni és molt inferior a la dels materials metàl·lics, cosa que pot reduir significativament el pes del robot, augmentant així la seva velocitat de moviment.
Alta força:
La força de la fibra de carboni és superior a la de la majoria de materials metàl·lics i pot suportar l’impacte enorme generat quan s’executa a gran velocitat.
Mòdul elàstic alt:
La fibra de carboni té bones propietats elàstiques i pot emmagatzemar i alliberar energia com els tendons de Jerboas, millorant així l’eficiència del moviment del robot.
El més destacat d’aquest robot quadrupat és que la seva velocitat de funcionament supera els 10 m/s, que és molt més ràpid que els robots quadrúpits existents i fins i tot a prop de la velocitat de funcionament dels guepards (uns 30 m/s). Aquest avenç es deu principalment a les següents tecnologies:
Combinació de materials de disseny bionic i fibra de carboni:
Imitant l'estructura de la vedella de Jerboa i combinant les característiques lleugeres i d'alta resistència dels materials de fibra de carboni, el robot pot mantenir l'estabilitat i l'eficiència en funcionar a gran velocitat.
Conversió energètica eficient:
El mecanisme d’emmagatzematge d’energia elàstic de la vedella de fibra de carboni pot convertir l’energia cinètica del robot en energia potencial elàstica i alliberar -lo al següent pas, reduint així la pèrdua d’energia.
Sistema de control intel·ligent:
El robot està equipat amb algoritmes avançats de control de moviment que poden ajustar els angles de la marxa i les juntes en temps real per adaptar -se a diferents requeriments de terreny i velocitat.
El robot quadrúpit més ràpid d'aquest món té àmplies perspectives d'aplicació en molts camps:
Rescat i Search and Rescue:
Al lloc d’un desastre o accident natural, el robot pot entrar ràpidament a la zona perillosa per cercar supervivents o transmetre informació.
Militar i seguretat:
El robot es pot utilitzar per a patrulles frontereres, missions de reconeixement o manipulació de mercaderies perilloses.
Logística i transport:
En un terreny complex, el robot pot transportar ràpidament materials, especialment en llocs difícils d’accés com ara zones muntanyoses o zones de desastres.
Recerca científica:
El robot es pot utilitzar per estudiar mecanismes de moviment d’animals, disseny bionic i algoritmes de control de moviment d’alta velocitat.
