Современная робототехника неуклонно движется вперед, стремясь создавать всё более универсальные, адаптивные и функциональные системы. Одним из наиболее перспективных направлений развития являются модульные роботы - конструкции, состоящие из многократно воспроизводимых блоков, способных к взаимодействию, реорганизации и совместному выполнению сложных задач. В центре внимания последних исследований - тензегрити-блоки с изменяемой формой, представляющие собой инновационные элементы, которые благодаря своей конструкции облегчают создание самоорганизующихся робототехнических структур. Эти блоки сочетают уникальные механические свойства легкости, прочности и гибкости, что позволяет создавать масштабируемые активные структуры, способные к перемещению, манипуляции и формированию несущих конструкций в самых разных условиях. Принцип тензегрити, лежащий в основе таких блоков, представляет собой систему, в которой жесткие компоненты связаны натянутыми гибкими элементами, такими как тросы или кабели.
Такая комбинация обеспечивает одновременно высокую структурную прочность и возможность деформации без потери целостности. В роботах данный принцип реализуется через центральный гибкий шарнир, из которого исходят жесткие стержни, соединённые регулируемыми по длине тросами. Моторизованное натяжение этих тросов позволяет изменять форму блока, что и дает ему способность адаптироваться к поставленным задачам - будь то перемещение по пересечённой местности, захват и транспортировка предметов или строительство сложных трехмерных конструкций. Ключевым достоинством таких тензегрити-модулей является их автономность: каждый блок оснащён собственным источником питания, микроконтроллером, сенсорами движения и беспроводной связью, что позволяет им работать без проводов и внешнего подключения. Встроенные моторы управляют длиной тросов и соединительными замками на концах стержней.
Эти замки построены на основе прочных магнитов и механических защелок, что обеспечивает надежное и одновременно разъёмное соединение между модулями. Благодаря этому система обладает высокой степенью повторного использования и удобством разборки и транспортировки. Для формирования сложных структур модули могут автоматически передвигаться и соединяться, используя разнообразные способы перемещения и взаимодействия с окружающей средой. Способность менять форму позволяет им преодолевать узкие проходы, приспосабливаться к неровностям поверхности и фиксировать нужные положения при сборке конструкций. Параллельно они могут выполнять совместные операции по транспортировке грузов, демонстрируя манипуляционные возможности, расширяющие функционал по сравнению с традиционными роботами.
Особое внимание уделено поддержке внешних средств, таких как воздушные дроны, которые способны захватывать отдельные блоки и перемещать их в труднодоступные места, осуществляя вертикальную сборку многоуровневых сооружений. Такое взаимодействие значительно повышает масштабируемость и мобильность системы, открывая новые возможности для строительства временных инфраструктур: от аварийных укрытий и мостов до адаптивных конструкций с подвижными элементами, например, антенн или солнечных панелей, способных менять ориентацию. Экспериментальные испытания продемонстрировали высокую эффективность роботов на разнообразных ландшафтах - от твёрдых покрытий и травы до пересечённой местности с природными препятствиями. Благодаря сочетанию легкости и прочности блоки способны выдерживать нагрузку, в несколько раз превышающую их собственный вес, что делает возможным транспортировку и поддержку тяжелых грузов. Вместе с тем, модульная природа системы позволяет при необходимости изменять размеры и конфигурации отдельных элементов, подстраиваясь под нужды конкретного применения.
Активные механизмы управления приводами и эффективные алгоритмы планирования движений обеспечивают плавность и устойчивость при передвижении, а продвинутая система визуального восприятия с камерами, установленными на дронах, позволяет осуществлять точную локализацию модулей в пространстве, что критично для успешного взаимодействия блоков и формирования устойчивых соединений. Особое значение имеет разработка защитных механизмов и материалов, устойчивых к внешним воздействиям - ударам, падениям и атмосферным условиям. Легкие карбоновые стержни и высокопрочные тросы обеспечивают оптимальное соотношение веса и прочности, при этом 3D-печатные гибкие шарниры позволяют поглощать удары и восстанавливаться после деформаций. Тесты показали стабильность работы при высоте падения до трех метров, что актуально для работы с воздушными транспортными средствами. Одной из уникальных функций таких роботов является возможность создавать адаптивные структуры, которые могут изменять свои формы уже после сборки.
Например, построенный мост способен колебаться, аккуратно транспортируя груз, а каркас укрытия может подниматься и опускаться в зависимости от нужд пользователей. Подобная динамичность открывает перспективы для более интеллектуальных, чувствительных к окружающей среде систем. Применение тензегрити-блоков выходит далеко за пределы прототипов лабораторных условий. Такие роботы могут стать незаменимыми в чрезвычайных ситуациях - быстром развертывании аварийных сооружений, доставке грузов по сложным и непредсказуемым маршрутам, а также в освоении отдалённых и экстремальных территорий, где традиционные машины не справляются. Разработка таких модульных систем связана с рядом технических вызовов, включая оптимизацию энергии, обеспечение надежной коммуникации между модулями, синхронизацию движений и стабильную навигацию в условиях ограниченных вычислительных ресурсов.
Для решения этих задач исследователи активно применяют методы машинного обучения, предиктивного управления и децентрализованных алгоритмов координации. Такие подходы способствуют улучшению автономности и адаптивности систем. В перспективе возможна интеграция дополнительных сенсорных устройств, таких как локальные камеры, датчики глубины и ультразвуковые измерители расстояния, что позволит модулям самостоятельно анализировать и реагировать на окружающую среду без необходимости постоянного контроля извне. Это крайне важно для работы в условиях низкой видимости и помех, характерных для реальных полевых операций. Совокупность перечисленных характеристик делает тензегрити-блоки с изменяемой формой одной из самых многообещающих технологических основ для создания интеллектуальных роботизированных систем нового поколения, способных не только эффективно выполнять задачи по навигации и манипуляции, но и самостоятельно создавать инженерные сооружения со сложной архитектурой и подвижными элементами.
Таким образом, внедрение тензегрити-модулей меняет представления о возможностях робототехники, приближая её к уровням гибкости и кооперации, наблюдаемым в живой природе. Эти технологии открывают путь к более безопасным, масштабируемым и экономичным решениям, способным преобразовать сферу промышленного производства, спасательных операций и строительства. Появляется возможность формирования активных, программируемых структур, сочетающих легкость, прочность и адаптивность, что сулит настоящую революцию в способах взаимодействия роботов с окружающим миром. .
