Выше девятиэтажки: ученые создали самые мощные прыгающие ходули

Мир природы долгое время служил лучшей моделью передвижения. Кузнечики, жабы и другие биологические прыгуны вдохновили ученых на создание джамперов, механических ног, позволяющих прыгнуть выше головы. Но элементы, которые позволяют животным прыгать, порой ограничивают работу инженерных систем. Ученые из Калифорнийского университета решили преодолеть все преграды и создали джамперы, способные перепрыгнуть девятиэтажный дом.

Механический прыгун, разработанный профессором инженерии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Эллиотом Хоуксом и его коллегами, способен достичь самой большой высоты — примерно 30 метров — среди всех известных прыгунов на сегодняшний день. Этот подвиг представляет собой свежий подход к конструкции прыжковых устройств и способствует пониманию прыжков как эффективной формы передвижения на Земле и за ее пределами.

Как робототехник Хоукс стремится понять множество возможных методов, позволяющих машине ориентироваться в окружающей среде.

Животные способны прыгать только с таким количеством энергии, которое они могут произвести за одно движение своей мускулатуры. Таким образом, их тела ограничены в энергии, которую они готовы отдать, чтобы оттолкнуться от земли. Живой прыгун способен взлететь лишь на определенную высоту.

Но что, если бы существовал особый метод увеличить количество доступной силы? Для механических прыгунов такой способ есть: они используют специальные двигатели, преумножая энергию, которую хранят в имеющейся пружине.

У животных тоже есть пружинка. Но ее достаточно только для хранения относительно маленького количества энергии, производимой их единичным мышечным движением, и большая мышечная масса. Механические джамперы, напротив, должны иметь как можно большую пружину и крошечный двигатель, чтобы взлететь настолько далеко, насколько это возможно.

Исследователи сконструировали джамперы, совершенно не похожие на конечности кузнечиков или лягушек: размер пружины экспериментального аппарата по отношению к его двигателю почти в 100 раз больше, чем у животных. Кроме того, стремясь максимально увеличить запас энергии на единицу массы, ученые разработали новую пружину, которая сжимается удивительно эффективно за счет резины и при этом не ломается.

Получившийся (пока что только один) джампер легок и обладает минималистичным механизмом высвобождения энергии для прыжка. Во время полета его ноги складываются, чтобы минимизировать сопротивление воздуха.

В целом, эти конструктивные особенности позволяют ему разгоняться от 0 до 96 км/ч и достигать примерно 30-метровой высоты после прыжка, что сравнимо с высотой девятиэтажного дома.

Этот дизайн и способность выходить за пределы, установленные биологическими конструкциями, закладывают основу для переосмысления прыжков как эффективной формы машинного передвижения: прыгающие роботы могут добраться до мест, куда в настоящее время добираются только летающие роботы.

Преимущества будут более заметными и за пределами Земли: прыгающие роботы получат возможность эффективно путешествовать по Луне или планетам, не сталкиваясь с препятствиями на поверхности, а также получать доступ к территориям, недоступным для наземных роботов.

━━━━━

Анастасия Дегтярева