Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Manchester đã phát triển một thiết kế cho phép robot vượt qua các chướng ngại vật lớn hơn chúng nhiều lần. Họ đã sử dụng kết hợp các mô phỏng trên máy tính, thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và các nguyên tắc toán học.
Hệ thống này đã giúp nhóm tối ưu hóa kích thước, hình dạng và cách sắp xếp các bộ phận của robot để đạt được kết quả mong muốn.
Theo các nhà nghiên cứu, robot nhảy cao nhất hiện nay có thể đạt tới 33 mét, tương đương 110 lần kích thước của chính nó. Robot mới có thể nhảy lên hơn 120 mét trên không trung hoặc 200 mét trên mặt trăng – cao hơn gấp đôi chiều cao của tháp Big Ben.
Chi tiết về nghiên cứu của nhóm đã được công bố trên tạp chí Mechanism and Machine Theory (Cơ chế và Lý thuyết Máy móc).
Những bước nhảy hiệu quả của robot
Theo truyền thống, robot được thiết kế để di chuyển bằng cách lăn trên bánh xe hoặc đi bằng chân. Tuy nhiên, nhảy là một cách hiệu quả để điều hướng các vị trí có địa hình không bằng phẳng hoặc nhiều chướng ngại vật.
Mặc dù robot nhảy hiện đã có trên thị trường, nhưng thiết kế của chúng bộc lộ một số trở ngại đáng kể, chủ yếu là khả năng nhảy đủ cao để vượt qua các rào cản lớn và phức tạp.
Tiến sĩ John Lo, cộng tác viên nghiên cứu về Robot Vũ trụ tại Đại học Manchester và đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết trong một tuyên bố rằng nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu tìm ra một thiết kế có thể “cải thiện đáng kể hiệu quả năng lượng và hiệu suất của robot nhảy lò xo”.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng robot nhảy thông thường thường phóng mình trước khi giải phóng hoàn toàn năng lượng lò xo tích lũy, điều này giới hạn chiều cao tối đa của chúng và tạo ra những bước nhảy không hiệu quả. Ngoài ra, chúng có xu hướng lãng phí năng lượng bằng cách quay hoặc di chuyển sang một bên thay vì nhảy thẳng lên.
Các nhà nghiên cứu đã đặt mục tiêu loại bỏ những chuyển động không mong muốn này với các thiết kế mới của họ đồng thời duy trì độ cứng và tính toàn vẹn cấu trúc cần thiết.
Tối ưu hóa động lực học bước nhảy
Nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu cách các mô hình lò xo lăng trụ và quay nhảy, sử dụng thông tin này để tạo ra mô hình đa vật của một khớp hình thoi cho hệ thống nhảy vật lý.
Theo nhóm nghiên cứu, việc quyết định hình dạng của robot liên quan đến việc lựa chọn giữa lực đẩy dựa trên chân giống như chuột túi hoặc cơ chế giống như piston với một lò xo lớn.
Các tùy chọn hình dạng từ các thiết kế đối xứng đơn giản như kim cương đến các hình thức hữu cơ phức tạp hơn. Sau đó, nhóm nghiên cứu phải quyết định kích thước của robot: robot nhỏ thì nhanh nhẹn, trong khi robot lớn hơn có thể chứa động cơ mạnh hơn để nhảy cao hơn. Tìm kích thước tối ưu có thể có nghĩa là tạo sự cân bằng giữa sự nhanh nhẹn và sức mạnh.
Việc cải tiến thiết kế của nhóm liên quan đến việc phân phối lại khối lượng về phía trên và tối ưu hóa cấu trúc liên kết, mặc dù những cải tiến này phải được điều chỉnh cho phù hợp với từng thiết kế.
Tiến sĩ Ben Parslew, Giảng viên cao cấp về Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ tại Đại học và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Chân nhẹ hơn, có hình lăng trụ và sử dụng lò xo chỉ kéo dài là tất cả những đặc tính mà chúng tôi đã chứng minh để cải thiện hiệu suất và quan trọng nhất là hiệu quả năng lượng của robot nhảy”.
Mặc dù các nhà nghiên cứu đã xác định được một giải pháp thay thế thiết kế khả thi để nâng cao đáng kể hiệu suất, nhưng bước tiếp theo của họ là kiểm soát hướng nhảy và xác định cách sử dụng động năng từ khi hạ cánh để tăng số lần nhảy mà robot có thể thực hiện trên một lần sạc.
Các nhà nghiên cứu cho biết họ cũng sẽ nghiên cứu các phiên bản nhỏ hơn cho các sứ mệnh không gian.
Hồng Minh (Theo interestingengineering)
