في السنوات الأخيرة ، مع التطور السريع للروبوتات ، أصبحت الروبوتات الرباعية تدريجياً نقطة ساخنة للبحث. لا تظهر فقط إمكانات كبيرة في مجالات العسكرية والإنقاذ واللوجستيات ، وما إلى ذلك ، ولكن أيضًا تعزز تقدم العلوم والتكنولوجيا في Bionics ، والسيطرة على الحركة ، وما إلى ذلك مؤخرًا ، فقد تجاوزت واحدة من أسرع الروبوتات رباعية في العالم ، حتى تتجاوز سرعة الجري على نطاق واسع من الحيوانات. يكمن مفتاح هذا الاختراق في بنية ساق ألياف الكربون المصممة لتقليد Jerboas.
سوف تستكشف هذه المقالة بتعمق المبادئ التقنية ، والتصميم البسيط ، وتطبيق مواد ألياف الكربون والآفاق المستقبلية لهذا الروبوت رباعي.
الروبوت الرباعي هو روبوت يقلد حركة الرباعي. يأتي مصدر إلهام التصميم بشكل أساسي من الثدييات في الطبيعة ، مثل الكلاب والقطط والخيول ، إلخ. مقارنةً بالروبوتات ذات العجلات أو التعقب ، فإن الروبوتات الرباعية تتمتع بقدرة أقوى على التكيف ويمكن أن تتحرك بشكل ثابت في البيئات المعقدة ، مثل الجبال الوعرة أو الأنقاض أو الثلج.
في السنوات الأخيرة ، تم إحراز تقدم كبير في مجال الروبوتات الرباعية. على سبيل المثال ، تم استخدام الروبوت الفوري لـ Boston Dynamics في عمليات التفتيش الصناعية ومواقع البناء وغيرها من السيناريوهات. ومع ذلك ، على الرغم من الاستقرار الممتاز والقدرة على التكيف مع الروبوتات الرباعية ، كانت سرعة حركتها دائمًا واحدة من الاختناقات التقنية. تعمل معظم الروبوتات الرباعية بسرعة بضع أمتار فقط في الثانية ، وأقل بكثير من القدرة على الجري للعديد من الحيوانات البرية.
من أجل اختراق هذا القيد ، بدأ الباحثون يبحثون عن الإلهام من الطبيعة ، وأصبحت الفئران الكنغر كائنًا كبيرًا.
Jerboas هي قوارض صغيرة تعيش في مناطق الصحراء ، والمعروفة بقدرتها الممتازة القفز والجري عالي السرعة. بنية الساق الخلفية لـ Jerboas مميز جدًا ، مع الخصائص التالية:
عجول طويلة وقوية:
عظام العجل في Jerboas هي رفيعة وخفيفة ، ويمكنها تخزين وإطلاق كمية كبيرة من الطاقة المرنة المحتملة.
نظام الأوتار الفعال:
تتمتع أوتار جيربواس كفاءة مرنة عالية للغاية ، والتي يمكن أن تقلل من فقدان الطاقة عند القفز والجري.
قدرة رد الفعل السريع:
يمكن للجهاز العصبي لـ Jerboas ضبط توتر العضلات والأوتار بسرعة ، وبالتالي تحقيق قفز وجري فعال.
تمكن هذه الخصائص Jerboas من التحرك بسرعة في الصحراء ، وتجنب الحيوانات المفترسة والعثور على الطعام. من خلال تقليد بنية العجل في Jerboas ، صمم الباحثون نوعًا جديدًا من العجل الألياف الكربونية وقاموا بتطبيقه على الروبوتات الرباعية.
ألياف الكربون هي مادة خفيفة الوزن وعالية القوة تستخدم على نطاق واسع في الفضاء وتصنيع السيارات والمعدات الرياضية. في الروبوتات الرباعية ، يتمتع تصميم عجل ألياف الكربون بالمزايا التالية:
خفيف الوزن:
كثافة ألياف الكربون أقل بكثير من وكثافة المواد المعدنية ، والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من وزن الروبوت ، وبالتالي زيادة سرعة حركتها.
قوة عالية:
قوة ألياف الكربون أعلى من معظم المواد المعدنية ويمكنها تحمل التأثير الهائل الناتج عند الركض بسرعة عالية.
معامل مرنة عالية:
تتمتع ألياف الكربون بخصائص مرنة جيدة ويمكنها تخزين الطاقة وإطلاقها مثل أوتار جيربواس ، وبالتالي تحسين كفاءة حركة الروبوت.
أكبر ما يميز هذا الروبوت رباعيًا هو أن سرعة الجري تتجاوز 10 م/ث ، وهي أسرع بكثير من الروبوتات الرباعية الموجودة وحتى بالقرب من سرعة تشغيل الفهد (حوالي 30 م/ث). هذا الاختراق يرجع بشكل أساسي إلى التقنيات التالية:
مزيج من التصميم البايوني ومواد ألياف الكربون:
من خلال تقليد بنية العجل من Jerboa وجمع الخصائص الخفيفة والخفيفة ذات القوة العالية للمواد الألياف الكربونية ، يمكن للروبوت الحفاظ على الاستقرار والكفاءة عند الركض بسرعة عالية.
تحويل الطاقة الفعال:
يمكن لآلية تخزين الطاقة المرنة لعجل ألياف الكربون تحويل الطاقة الحركية للروبوت إلى طاقة محتملة مرنة وإطلاقها في الخطوة التالية ، مما يقلل من فقدان الطاقة.
نظام التحكم الذكي:
تم تجهيز الروبوت بخوارزميات التحكم المتقدمة للتحكم في الحركة التي يمكنها ضبط المشي والزوايا المفصل في الوقت الفعلي للتكيف مع متطلبات التضاريس والسرعة المختلفة.
أسرع روبوت رباعي في العالم لديه آفاق تطبيقات واسعة في العديد من المجالات:
الإنقاذ والبحث والإنقاذ:
في مكان كارثة أو حادث طبيعي ، يمكن للروبوت أن يدخل بسرعة المنطقة الخطرة للبحث عن الناجين أو نقل المعلومات.
العسكرية والأمن:
يمكن استخدام الروبوت في دوريات الحدود ، ومهام الاستطلاع أو معالجة السلع الخطرة.
الخدمات اللوجستية والنقل:
في التضاريس المعقدة ، يمكن للروبوت نقل المواد بسرعة ، وخاصة في الأماكن التي يصعب الوصول إليها مثل المناطق الجبلية أو مناطق الكوارث.
البحث العلمي:
يمكن استخدام الروبوت لدراسة آليات حركة الحيوانات ، والتصميم البايوني ، وخوارزميات التحكم في الحركة عالية السرعة.
