Loading

Морской конек как прототип гибкого робота-манипулятора

Создано 11.05.2013 12:25
Автор: Алексей Норкин

Морской конек как прототип гибкого робота-манипулятора

Оказывается, морской конек отличается не только необычным внешним видом и поведением. Внимание ученых из Университета Калифорнии в Сан-Диего привлекли экстремальные свойства хвоста конька. Как выяснилось, его можно сжать до размеров вдвое меньших обычных, но хвосту это не нанесет никакого ущерба.

Исключительную гибкость хвоста морского конька ученые объясняют его структурой. Исследователи надеются воссоздать ее и использовать для разработки гибкого манипулятора с полимерными мышцами, который может быть востребован в различных роботизированных приложениях.

«Исследование природных материалов может привести к созданию новых и уникальных материалов и конструкций, вдохновленных природой, которые прочнее, легче и более гибкие», - считает профессор материаловедения Калифорнийского университета Джоана МакКиттрик (Joanna McKittrick).

МакКиттрик и Марк Мейерс (Marc Meyers) занимаются изучением природной брони животных, в том числе броненосца, аллигатора и различных рыб. На этот раз они целенаправленно искали животное, обладающее достаточной гибкостью, чтобы стать прототипом дизайна робота-манипулятора.

«Хвост морского конька жизненно важный орган. С его помощью животное держится за кораллы и морские водоросли, где прячется от хищников», - рассказывает аспирант Майкл Портер (Michael Porter). «Но никто не рассматривал хвост конька как защиту».

Элементы хвоста морского конька

Хищники захватывают добычу и дробят ее, сжимая челюсти. Ученые исследовали, как реагирует на сжатие хвост морского конька. Оказалось, что он может быть сжат на 50% и более без заметного ущерба. Это происходит ввиду уникальной природной конструкции, состоящей из подвижных костяных пластин, связанных мышцами и соединительной тканью. Между пластинами и мышцами есть зазоры, которые и гасят нагрузку при сжатии. Даже при сжатии на целых 60% позвоночник морского конька надежно защищен от повреждений.

Используя специальную технику, ученые изучили структуру и химический состав костных пластин хвоста. Они обнаружили, что в них относительно низкий процент минералов, всего 40%, тогда как, например, в костях коровы 65% минеральных веществ. Пластины также содержат в себе 27% органических соединений, главным образом белков, и 33% воды. Их твердость различна, в зависимости от назначения.

Хвост морского конька

Хвост конька содержит 36 сегментов близких по форме к квадрату. Каждый сегмент состоит из четырех Г-образных пластин, постепенно уменьшающихся к концу хвоста. Костные пластины свободно скользят друг относительно друга, и могут поворачиваться в трех степенях свободы. Стыки между пластинами и позвонками гибкие и обладают шестью степенями свободы.

Следующий шаг в работе ученых – «распечатка» искусственных пластин с использованием методов 3D-печати и повторение природной конструкции. Конечная цель проекта – создание рабочего органа робота-манипулятора, который может быть использован для медицинских приборов, подводной разведки и ряда других приложений.

По материалам USCD

 

Комментарии: