Inovatívne koleso mení svoj tvar v reálnom čase

Kórejskí výskumníci sa inšpirovali povrchovým napätím kvapky vody a vytvorili koleso, ktoré mení tvar v reálnom čase a ľahko si poradí s nerovnými povrchmi a vysokými prekážkami. Umožní to vývoj invalidných vozíkov alebo mobilných robotov, ktoré lepšie zvládnu drsný terén. Problém, ktorý predstavuje nerovný terén, možno prekonať pomocou pásového lokomočného systému, špeciálne navrhnutého mechanizmu, ktorý zväčšuje plochu kolesa.

Pásový systém je však obmedzený na relatívne nízke rýchlosti a spotrebúva viac energie ako systém s kolesami, a to z dôvodu vysokého trenia spôsobeného zvýšeným kontaktom systému so zemou. Používanie bezvzduchových čiže nepneumatických pneumatík na prekonávanie náročných terénov poskytuje výhodu v tom, že sú odolné proti prepichnutiu, prepúšťaniu vzduchu a prasknutiu. No ich tuhosť znamená, že nevynikajú pri prekonávaní prekážok, pretože sú menej deformovateľné alebo menej schopné prispôsobiť sa terénu, po ktorom sa pohybujú.

Vedci teraz vytvorili koleso s premenlivou tuhosťou, ktoré dokáže prekonať nerovný terén a prekážky pri zachovaní výhod bežného kolesa jazdiaceho na rovnom povrchu. Inšpirovali sa povrchovým napätím kvapaliny, ktoré je výsledkom nerovnováhy príťažlivých alebo kohéznych síl medzi molekulami. Zatiaľ čo molekula v kvapaline pôsobí kohéznymi silami na ostatné molekuly vo všetkých smeroch, molekula na povrchu kvapaliny pôsobí kohéznymi silami len dovnútra.

Keď sa v kvapke zvýši kohézna sila povrchových molekúl, zvýši sa aj čistá sila, ktorá ťahá molekuly kvapaliny dovnútra, čo vedie k tomu, že sa kvapka vráti do kruhového tvaru. Kľúčovým aspektom deformovateľného kolesa je jeho „inteligentná reťazová štruktúra“, ktorá pozostáva z reťaze blokov okolo vonkajšej strany kolesa, spojených drôtenými špicami s protiľahlými stranami centrálneho náboja.

Zmenou medzery medzi oboma stranami náboja mohli výskumníci meniť dĺžku špicov, a tým aj tvar vonkajšej reťaze. Zväčšením medzery medzi nábojmi sa špice skrátili, čím sa reťaz blokov zatlačila dovnútra a vytvorila kruhové koleso na rýchly pohyb. Jej zmenšením sa špice drôtu predĺžili a reťaz sa uvoľnila, čo kolesu umožnilo deformovať sa a prekonávať prekážky, na ktoré narazilo.

Výskumníci testovali svoje prispôsobiteľné koleso na dvojkolesovom invalidnom vozíku a štvorkolesovom vozidle a zistili, že každé z nich sa dokáže prispôsobiť a jazdiť po vysokých schodoch a nepravidelne tvarovaných skalách, ktoré sú 1,2-krát vyššie, ako je polomer kolesa.

Štúdia bola publikovaná v časopise Science Robotics.

Zdroj: newatlas.com.