Цифровой журнал «Компьютерра» № 194

Модульные роботы — это будущее. В отличие от специализированных моделей, они универсальны и могут адаптироваться под любые задачи.

Каких-то практических результатов до сих пор удалось достичь только группе Эрика Швайкарда (Eric Schweikardt) из компании Modular Robotics. Однако их самосборка — тонкий процесс, который пока часто требует вмешательства человека. 

Предлагаемый Джоном вариант и вовсе казался абсурдным. Как заставить двигаться кубики с шестью гладкими сторонами? Идея создания таких роботов напоминала рассказ барона Мюнхгаузена о вытаскивании себя из болота за парик.

В самом деле — любой движущийся механизм перемещается за счёт взаимодействия с окружающей средой или поверхностью. Колёса автомобиля и гусеницы тяжёлой техники катятся, ноги шагающих роботов отталкиваются, винты создают тягу. Иначе работает реактивный двигатель, но здесь нет совершенно ничего подобного. Роботы M-Blocks двигаются как будто сами по себе.

http://www.youtube.com/watch?v=6aZbJS6LZbs

Конечно, никакого нарушения законов физики (в частности третьего закона Ньютона) в них не происходит. Просто Джону и помогавшему ему Кайлу Глипину (Kyle Gilpin) удалось точно рассчитать условия для эффективного применения старой идеи — движения тела за счёт внутреннего перемещения массы. 

Годами в разных формулировках её высказывали десятки изобретателей, и часто независимо друг от друга. Попытки создать физическую модель обычно заканчивались неудачей из-за невозможности учесть множество второстепенных факторов или некорректного объяснения наблюдаемых эффектов.

Современный вариант описан в патенте США 2,886,976, выданном в 1956 году. В двух словах: если массивное тело внутри объекта будет перемещаться от стороны «B» в направлении стороны «A» и обратно, то в большинстве случаев сам объект останется неподвижным. Однако можно подобрать параметры внутреннего перемещения массы так, что сила трения скомпенсирует отдачу на первом этапе цикла и удержит объект от перемещения назад. Тогда объекту будет сообщено поступательное движение в направлении «A->B». Ключевой момент состоит в том, что взаимодействие со средой для объекта сохраняется (через силу трения), но внешне процесс выглядит как магическое перемещение.

Такой тип устройств получил название «инерциоиды» и был популярен в семидесятых годах, находя применение в основном в развлекательных целях. По понятным причинам данный способ не работает на скользкой поверхности и тем более в условиях невесомости (см. печальный эксперимент Роскосмоса «Гравицапа»). Он практически бесполезен в технике (обычные колёса удобнее), но может оказаться единственным в специфических условиях применения.

_{Устройство робота M-Block (фото: M. Scott Brauer).}

Внутри каждого M-блока размещён маховик, вращающийся с частотой до 2 000 об/мин. В момент резкой остановки маховик передаёт кинетический момент кубу, что приводит к его направленному движению. На каждом ребре M-Block и на каждой его стороне расположены магниты, помогающие кубам соединяться между собой. Соавтор разработки Кайл Глипин так комментирует её особенности:

«Вы можете остановить движение отдельного куба в любой момент времени. Точность его соединения с другими обеспечивается магнитами. Они имеют подвижное крепление и самостоятельно переориентируются разноимёнными полюсами друг к другу. Поэтому кубы могут соединяться любыми сторонами и гранями. Это совершенно уникальная система».

Грани кубов немного скошены, поэтому между ними (и между магнитами) всегда остаётся небольшой зазор. Это обеспечивает возможность реконфигурации и лёгкость изменения формы образованной кубами фигуры.

_{Разработка роботов M-blocks (фото: mit.edu).}

Пока роботы двигаются не слишком уверенно, однако проект находится на ранней стадии. В будущем роботы M-Blocks будут не только собирать себя самостоятельно и менять форму. Помимо универсальных блоков, появятся специализированные — несущие различные датчики, модули беспроводной связи, источники питания, компоненты манипуляторов и другие элементы:

Практически все альтернативные модульные системы чувствительны к утрате своих элементов. Они не вернутся на место сами, если отсоединятся в процессе работы. M-blocks способны реконфигурироваться постоянно.