Newswise — Впервые в мире разработана новая технология для колес и мобильных систем, необходимая для преодоления различных препятствий в повседневной жизни, таких как лестницы или камни, путем регулировки жесткости колеса в реальном времени. Ожидается, что эта благородная технология найдет широкое применение в различных движущихся транспортных средствах, оснащенных колесами, где преодоление препятствий на местности имеет важное значение.

Корейский институт машин и материалов (президент Сог Хён Рю, именуемый в дальнейшем KIMM), институт, находящийся под юрисдикцией Министерства науки и информационных технологий, объявил, что он впервые в мире разработал переменный — колесо морфинга жесткости, вдохновленное поверхностным натяжением капли жидкости, и успешно применило эту технологию к мобильной системе.

Морфинговое колесо, разработанное исследовательской группой под руководством главного научного сотрудника Сон Сон Хюка и Пака Дон Иль Пака, руководителя Центра передовых исследований робототехники Научно-исследовательского института робототехники искусственного интеллекта KIMM, представляет собой колесо и модульную систему, способную изменять жесткость колесо, просто изменяя поверхностное натяжение, применимое к интеллектуальным цепным блокам, без необходимости использования сложного оборудования или датчиков. Колесо может работать как жесткое круглое колесо в обычном режиме движения, а затем переходить в мягкое деформируемое состояние при перекатывании препятствий, в зависимости от высоты и формы этих препятствий.

Уже существуют технологии проектирования внутренней части колес в виде гибких конструкций, наподобие непневматических шин. Однако ограничением этих традиционных технологий является то, что колеса постоянно деформируются даже при движении по ровным поверхностям, что снижает эффективность и устойчивость вождения и создает шум. С другой стороны, жесткость колеса, разработанного исследовательской группой KIMM, можно регулировать между жестким состоянием для быстрого движения по ровной поверхности и мягким деформируемым состоянием для преодоления препятствий.

Морфинговое колесо, разработанное исследовательской группой KIMM, состоит из умного цепного блока и гибкой конструкции. Внешний край колеса состоит из интеллектуального блока цепи, а конструкция из проволочных спиц* для контроля поверхностного натяжения интеллектуального блока цепи соединена со ступицей колеса. Когда конструкция ступицы вращается или изменяется расстояние, структура соединенных проволочных спиц либо сильно натягивается, либо ослабляется, тем самым изменяя поверхностное натяжение конструкции блока интеллектуальной цепи.
^{* Проволочные спицы: Проволочные спицы соединяют ступицу колеса, которая расположена в центре вращения колеса и создает вращательную силу, с внешней структурой колеса.}

Если проволочные спицы тянут блоки интеллектуальной цепи внутрь, сила тяги на самой внешней структуре интеллектуальной цепи увеличивается. Это похоже на ситуацию, когда увеличение поверхностного натяжения капли жидкости приводит к увеличению результирующей силы, притягивающей самые удаленные молекулы жидкости, в результате чего капля жидкости стабильно сохраняет круглую форму. И наоборот, если конструкция проволочных спиц ослабляется, жесткость снижается.

Исследовательской группе KIMM недавно удалось разработать технологию модульности, позволяющую легко применить колесо к широкому спектру мобильных систем. Миниатюрная и облегченная версия механизма переменной жесткости была вставлена ​​во внутреннюю часть колеса. Затем модульная версия колеса была применена к различным мобильным системам, таким как двухколесная инвалидная коляска.

В этой системе двухколесной инвалидной коляски жесткость колеса можно изменять в режиме реального времени, что позволяет инвалидной коляске двигаться стабильно и менять направление даже в условиях ограниченного пространства. Кроме того, инвалидная коляска может перекатываться через такие препятствия, как камни или лестницы высотой 18 сантиметров. Между тем, применив колесо к четырехколесной мобильной системе, исследовательская группа KIMM подтвердила, что колесо также может стабильно преодолевать препятствия, радиус которых в 1,3 раза превышает радиус колеса.

Главный исследователь Сон-Хюк Сон из KIMM прокомментировал: «Одна из проблем, связанных с четвероногими и двуногими шагающими роботами для преодоления препятствий, заключается в том, что эффективность движения относительно низка на плоских поверхностях, и что в движении неизбежно возникает тряска». Сонг добавил: «Недавно разработанное морфинговое колесо имеет большое значение, поскольку оно способно преодолевать препятствия, сохраняя в то же время высокую эффективность движения, сравнимую с обычными колесами».

Донг Иль Пак, руководитель Исследовательского центра перспективной робототехники KIMM, сказал: «Эта новая технология морфинга колес, основанная на поверхностном натяжении, может помочь преодолеть ограничения традиционных механических устройств, таких как роботы с ногами и группы колес, для преодоления препятствия.» Пак добавил: «Он, скорее всего, найдет применение в самых разных областях, включая инвалидные коляски, мобильных роботов и персональную мобильность, способную преодолевать препятствия».

Между тем, это исследование было опубликовано в качестве титульной статьи в августовском выпуске журнала Science Robotics (IF 26.1) за август 2024 года, ведущего журнала в секторе робототехники и дочернего журнала Science. Исследование было поддержано проектом «Робот, поддерживающий независимую деятельность для людей с параличом нижних конечностей (руководитель Донг Иль Пак, руководитель Научно-исследовательского центра перспективной робототехники KIMM)» и финансировалось крупным проектом KIMM (NK250F).

###

Корейский институт машин и материалов (KIMM) — это некоммерческий научно-исследовательский институт, финансируемый государством, подведомственный Министерству науки и информационных технологий. С момента своего основания в 1976 году KIMM вносит свой вклад в экономический рост страны, выполняя исследования и разработки в области ключевых технологий в области машин и материалов, проводя оценку испытаний на надежность и коммерциализируя разработанные продукты и технологии.