Robot 4 chân có khả năng leo tường, trần cấu trúc kim loại như bồn chứa dầu lớn

Ba nhà nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc, phối hợp với một đồng nghiệp tại Đại học Illinois ở Urbana-Champaign, Mỹ đã thiết kế và chế tạo một robot bốn chân từ tính có thể trèo lên tường và trần các cấu trúc kim loại lớn như các tòa nhà.

Trong bài báo khoa học, đăng trên tạp chí Science Robotics, Seungwoo Hong, Yong Um, Hae-Won Park và Jaejun Park đã mô tả chi tiết robot và khả năng hoạt động đặc biệt này trong thử nghiệm thực tế.

Khi công nghệ ứng dụng chế tạo robot được phát triển, các kỹ sư đã có thể chế tạo ra những robot với chức năng đặc biệt. Trong nghiên cứu mới này, các nhà khoa học chế tạo một robot công nghiệp, có thể đảm nhiệm những công việc sửa chữa, bảo trì những cấu trúc kim loại quy mô lớn như cầu, tàu vận tải, bể chứa dầu và các tòa nhà.

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công robot leo núi 4 chân không dây, có tên là Marvel (robot kết dính từ tính để di chuyển linh hoạt và nhanh chóng), có khả năng di chuyển leo trèo nhanh nhẹn và linh hoạt trong môi trường sắt từ. Robot có thể di chuyển linh hoạt trên địa hình, sau đó tiếp cận một bức tường kim loại và đi thẳng lên bề mặt bức tường tương tự như nhện và có thể tiếp tục băng qua trần cấu trúc nếu cần.

Mô tả robot Marvel. (A) Marvel bám vào bể chứa bằng thép. (B) Kiến trúc điện tử Marvel. (C) Linh kiện cơ khí và điện tử của Marvel L. Ảnh: Khoa học người máy (2022).

Marvel vượt trội so với các robot leo núi trước đây về tốc độ leo trèo và khả năng thực hiện những chuyển động khác nhau. Robot thể hiện tốc độ đi bộ thẳng đứng và đi trên trần ngược nhanh nhất, khả năng vận động linh hoạt của robot cho phép thực hiện số lượng lớn nhất các hoạt động.

Những cải tiến quan trọng là thiết kế chân tích hợp sử dụng nam châm điện vĩnh cửu và chất đàn hồi từ lưu biến, cung cấp lực bám dính và lực kéo lớn, bộ truyền động điều khiển mô-men xoắn và khung điều khiển dự đoán mô hình, được điều chỉnh để leo dốc ổn định.

Trong những thử nghiệm thực tế, robot đạt được khả năng di chuyển trên trần nhà và tường thẳng đứng lên tới 0,5 mét (1,51 chiều dài) mỗi giây và 0,7 mét (2,12 chiều dài) mỗi giây tương ứng. Robot có thể thực hiện các hành động phức tạp như bước qua khoảng cách rộng 10 cm; vượt chướng ngại vật cao 5 cm; thực hiện chuyển đổi di động giữa sàn, tường và trần nhà. Marvel có thể leo trên bề mặt cong của bể chứa phủ lớp sơn gỉ và bụi dày tới 0,3 mm

Sử dụng cả chất đàn hồi từ lưu biến và nam châm điện, cho phép chân robot từ hóa và khử từ theo lập trình. Bằng phương pháp bật và tắt từ tính, robot có thể chỉ cần một chân duy nhất bám vào một điểm thẳng đứng trên tường và giữ vững trong khi các chân khác bám vào bề mặt, thả từng chân một để thực hiện các bước di chuyển.

Các nhà nghiên cứu cũng lập trình cho robot di chuyển xung quanh hoặc vượt qua các chướng ngại vật. Nhóm nhà khoa học lập trình mô phỏng, cách một con mèo kiểm tra bề mặt trước khi di chuyển về phía trước, bước những bước nhỏ đầu tiên bằng bàn chân trước, sau đó di động bàn chân sau.

Thử nghiệm cho thấy robot có khả năng leo tường kim loại và đi xuyên qua trần nhà trong phòng thí nghiệm thử nghiệm. Thử nghiệm thêm cho thấy robot có thể leo lên một bể chứa cũ ngoài trời với những bức tường màu cam rỉ sét.

Marvel thực hiện các nhiệm vụ vận động khác nhau. (A) Chuyển động quay trên tường thẳng đứng. (B) Chuyển động quay trên trần nhà. (C) Vượt qua một khoảng không kim loại (10 cm) và một chướng ngại vật (5 cm). (D) Chuyển đổi từ sàn sang tường và từ tường lên trần. (E) Chuyển động thẳng đứng trên bể chứa, bề mặt bị bao phủ bằng sơn, rỉ sét và bụi. (F) Mang (trái) vật nặng 2 kg trên tường và (phải) vật nặng 3 kg trên trần nhà. Ảnh : Khoa học người máy (2022).

Robot không chỉ có thể leo lên bồn chứa dầu (giả định) mà còn có thể vượt qua những chỗ thiếu kim loại và di chuyển xung quanh các chướng ngại vật lớn. Robot khả năng mang trọng tải lên tới 3kg và di chuyển với tốc độ thay đổi tùy thuộc vào địa hình, với tốc độ tối đa là 0,7m/s.

Theo Tech Xplore