Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Работу инженеров UCLA, Мичиганского университета, колледжа Вассар и Ньюкаслского университета опубликовал Science Advances
Изогнутый упругий стержень при скручивании может резко перескочить в новую форму и отдать накопленную энергию. Инженеры научились по геометрии спирали предсказывать этот щелчок и построили на нём робота массой 98,2 г, который прыгает со скоростью до 3,21 длины тела в секунду и плавает. Статья вышла в Science Advances 18 сентября 2026 года.
Ведущие авторы — Дэчжун Тун (Dezhong Tong) и Цзяци Ван (Jiaqi Wang), руководители — Халид Джавед (M. Khalid Jawed) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и Сяонань Хуан (Xiaonan Huang) из Мичиганского университета. Авторы изучали, как теряет устойчивость упругий стержень в форме отрезка спирали при повороте конца: плавно или щелчком (snap-through). Нелинейная теория стержней, моделирование и опыты с роботом-манипулятором дали карту, по которой геометрия спирали и нагружение концов предсказывают тип потери устойчивости.
По карте подобрали «ногу» — спиральную петлю, которая надёжно щёлкает и быстро возвращается в исходное положение. У робота длиной 11 см две такие петли сзади. Мотор медленно закручивает петлю до щелчка, затем раскручивает и заводит снова. При разной скорости вращения петель робот поворачивает, а с гибкими плавниками плывёт.
Маленький мотор не даёт большой мощности, но может долго и понемногу совершать работу. Стержень копит её как упругую энергию изгиба и кручения — так же, как сжатая пружина копит ½·k·x² (см. тренажёр «Пружина: закон Гука и колебания»). В критической точке форма равновесия теряет устойчивость, стержень перескакивает в другую, и медленно набранная энергия выходит разом: мгновенная мощность толчка превышает мощность мотора.
При другой геометрии стержень деформируется плавно, без толчка. На щелчке работают и микропереключатели мгновенного действия, и биметаллические диски-хлопуны термостатов.
Робота испытали на дереве, ткани, акриле, коже, траве и песке. Контрольный робот с жёсткими ногами оказался медленнее на каждом покрытии.
Удельная стоимость передвижения (cost of transport) — затраченная энергия на единицу веса и пути: чем ниже, тем экономичнее. Выигрыш в скорости, эффективности и проходимости авторы связывают именно со щелчком. Робот также делал сальто назад и поднимался по ступенькам.
«Программируя моменты, когда упругая конструкция накапливает и быстро отдаёт энергию, мы даём маленьким роботам доступ к мощным повторяемым движениям, не требуя от мотора постоянно высокой отдачи». Сяонань Хуан, доцент кафедры робототехники Мичиганского университета; пресс-релизы вузов, перевод inner.su
«Программируя моменты, когда упругая конструкция накапливает и быстро отдаёт энергию, мы даём маленьким роботам доступ к мощным повторяемым движениям, не требуя от мотора постоянно высокой отдачи».
Стадия: опытный образец. Ограничения: испытан один прототип длиной 11 см; роботы шириной в несколько миллиметров — перспектива, о которой говорит Джавед, а не результат. Материал стержней, ресурс петель и стоимость передвижения робота с жёсткими ногами в прочитанных источниках не указаны.
Во многих прыгающих механизмах привод медленно взводит пружину, а отпускает её защёлка. При щелчке защёлка не нужна, момент срабатывания задаёт геометрия. Сложность была в прогнозе: поведёт себя объёмная упругая конструкция плавно или перещёлкнется, заранее сказать трудно.
«Поскольку то, щёлкнет стержень резко или будет деформироваться постепенно, определяет его форма, а не размер, одни и те же правила проектирования применимы в широком диапазоне масштабов». Халид Джавед, ассоциированный профессор кафедры машиностроения и аэрокосмической техники UCLA; пресс-релизы вузов, перевод inner.su
«Поскольку то, щёлкнет стержень резко или будет деформироваться постепенно, определяет его форма, а не размер, одни и те же правила проектирования применимы в широком диапазоне масштабов».
Приём «медленно взвести, быстро отпустить» конструкторам известен, а работа даёт для спиральных стержней критерий щелчка по геометрии.
Материал носит информационный характер и подготовлен по открытым источникам, ссылки на них приведены в тексте. Он не является публичной офертой (ст. 437 ГК РФ) и профессиональной рекомендацией.
Результаты получены авторами исследования и приведены по их публикации. ООО «Иннер Инжиниринг» их не проверяло и не гарантирует их применимость к конкретным изделиям. Подбирайте и рассчитывайте компоненты по технической документации изготовителя.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.