A física do estouro: construir robôs de salto melhores

Inspirados em um brinquedo infantil simples, um brinquedo popper saltador, os pesquisadores desbloquearam uma chave para projetar robôs macios mais ágeis e previsíveis. Robôs macios, feitos de materiais flexíveis, têm imensa promessa para tarefas delicadas, mas seus movimentos complexos têm sido difíceis de prever e controlar, especialmente ações dinâmicas, como pular.

Agora, uma equipe da Universidade de Keio e da Universidade de Osaka publicou um estudo em Pesquisa avançada de robótica Detalhando a física por trás do salto de finas conchas hemisféricas, um bloco de construção fundamental para saltar robôs macios.

A equipe analisou meticulosamente a dinâmica de salto dessas conchas em forma de meio esfera. Usando uma combinação de experimentos de precisão, simulações numéricas e cálculos teóricos, eles se concentraram no papel crítico do contato entre a concha e o solo. Eles fabricaram várias conchas hemisféricas de borracha de silicone e usaram uma configuração experimental em escala de mesa com pressão de ar para controlar sua deformação.

Vários sensores capturaram as mudanças rápidas de forma, fornecendo dados detalhados para análise. Para investigar ainda mais esse fenômeno, eles empregaram o método do ponto de material (MPM) para criar uma simulação numérica, reproduzindo com precisão a complexa deformação da concha durante o salto.

A principal inovação está em entender a área de mudança de contato entre a concha e o solo. À medida que o shell invertido volta à sua forma original, a área de contato passa de uma forma semelhante a um anel para um disco completo. Essa transição aparentemente simples é crucial para entender a transferência de energia que impulsiona a concha para cima.

Ao analisar essas dinâmicas de contato, os pesquisadores desenvolveram uma fórmula preditiva para a altura do salto, dividindo -a em duas fases -chave: o elevador inicial e o estalo final. Esta fórmula reflete com precisão os resultados experimentais e simulados.

A capacidade de prever a altura do salto é um avanço significativo para a robótica suave. Ele elimina a necessidade de testes extensos e demorados de tentativa e erro, permitindo que os pesquisadores projete robôs adaptados a tarefas e ambientes específicos. Isso é especialmente crucial em campos como exploração, busca e resgate e monitoramento ambiental, onde os robôs devem navegar no terreno complexo e imprevisível.

“Esta pesquisa destaca a importância de analisar componentes individuais para entender o desempenho geral dos robôs suaves”, explica o pesquisador principal Tomohiko Sano. “Isso demonstra uma mudança em direção ao design teoricamente acionado, permitindo -nos fabricar máquinas macias mais sofisticadas e eficazes”.

O co-autor Ryuichi Tarumi, professor da Universidade de Osaka, expande o impacto mais amplo: “Esse entendimento fundamental de um bloco de construção fundamental abre portas para projetar novos robôs suaves otimizados para condições de carregamento específicas sem extensas pesquisas de parâmetros”.

Esta pesquisa não apenas avança robótica suave, mas também oferece informações valiosas sobre os princípios elásticos de energia e movimento, contribuindo para campos como biomecânica, ciência de materiais e até engenharia aeroespacial. Representa um salto significativo para máquinas macias robustas, previsíveis e verdadeiramente capazes.