Робот на лыжах: Покатаемся?
Мастерство лыжного слалома, умение на бешеной скорости огибать флажки — нечто среднее между искусством и наукой. От спортсмена требуется безупречная, математически точная координация, причем до сих пор не определен полный набор объективных факторов, которые требуются для определения положения конечностей, суставов и всего тела для удачного поворота. Чтобы лучше разобраться в этом непростом вопросе, ученым из Японии пришлось создать небольшого робота, способного скатываться с наклонной поверхности так, как это делает живой горнолыжник. Примерно таким образом.
Современный большой спорт неотделим от современных технологий. Мы постоянно рассказываем о тех инновационных решениях, что помогает атлетам устанавливать новые рекорды и побеждать. Вспомним хотя бы высокотехнологичные футбольные мячи Кубка УЕФА («Мячик для битья») и хитроумные системы освещения стадионов («Высший свет на спортплощадке»). Не обошлось и без горных лыж, современная история которых началась с одного очень скучного, по мнению его знакомых, изобретателя («Человек, который поставил мир на лыжи»).
Ученые постоянно находят новые улучшения не только в экипировке спортсменов, но и совершенствуют каждую деталь их движений на основе точных данных и расчетов. Однако в случае горных лыж провести достаточно аккуратные замеры оказывается крайне непросто, так что все теоретические построения и компьютерные модели получаются недостаточно реалистичными. Поэтому-то японцам и понадобился робот, который позволит провести все необходимые измерения с высокой точностью.
«Наш подход, — говорит глава группы исследователей Такеши Ёнеяма (Takeshi Yoneyama), — состоит в том, чтобы приблизиться к разработке реалистичной теоретической модели через создание действующего робота». Естественно, ученым старались сделать движения робота как можно более близкими к движениям настоящего лыжника. И на этом пути, естественно, обнаружилась масса сложностей.
Робот состоит из пары гибких ног, связанных с «телом», где расположен бортовой компьютер и аккумулятор. При этом ученым пришлось учесть положение его центра масс, который должен располагаться там же, где и у лыжника-человека. А именно такая форма робота оказалась крайне неустойчивой в движении и постоянно заваливалась набок. Впрочем, после некоторых доработок он научился преодолевать 11-метровую наклонную плоскость (с углом 20°), покрытую искусственной травой.
Шесть сервоприводов в каждой ноге робота дают им 6 степеней свободы, положение каждого сочленения контролируется бортовым компьютером. Между каждой «стопой» и лыжей имеется датчик давления, кроме того, робот оснащен одометром на конце каждой лыжи. Траекторию движения фиксирует видеокамера, установленная у подножия спуска.
Чтобы изучить зависимость траектории поворота от движений суставов, ученые могут изменять отдельные параметры их работы. Им даже удалось повторить особый стиль спуска, характерный для одного из лучших слаломистов мира Гаку Хирасавы (Gaku Hirasawa). Оказалось, что, копируя его технику, робот действительно начинает двигаться быстрее и более стабильно.
Словом, эта действующая модель дала, наконец, ученым все возможности для того, чтобы исследовать индивидуально положение каждого сустава, его влияние на движение лыжника и их эффективность. И хотя на живого человека робот пока совершенно не похож, японцы намерены еще более приблизить его к этому идеалу и создать в итоге точную теоретическую модель для лыжного слалома. А там — и новые золотые медали не за горами.
По публикации PhysOrg.Com