Когда японский инженер Yoichi Masuda приступил к разработке нового шагающего робота, он черпал вдохновение из марсианских триподов, описанных в научно-фантастическом романе Г.Д. Уэллса «Война миров». Кажется, что трехногая конфигурация дает некоторые преимущества в ходьбе и балансировке. Поэтому инженеру стало любопытно, почему в природе нет трехногих животных. Может быть есть эволюционные факторы, объясняющие, почему мы никогда не видели зверей на трех ногах? Чтобы изучить этот и другие вопросы, Masuda и его коллеги из университета Осаки построили трехногий робот по имени Martian Petit.

Почему в природе нет трехногих животных – интересный вопрос. Хотя известно, что принцип хождения на трех конечностях используют такие животные, как кенгуру и рыба-тренога, но они задействуют только две конечности и хвост для передвижения. И при этом проявляют двустороннюю симметрию, а это означает, что их левая половина является зеркальным отражением правой. Подавляющее большинство животных симметрично подобны, хотя есть интересные исключения, в том числе совы, некоторые виды крабов, китов и, даже барсуков. Существуют также организмы с радиальной и сферической симметрией.

Но все это на самом деле не отвечает на вопрос о том, что не так с трехсторонней симметрией: были ли марсиане и их треножные машины в «Войне миров» подобны этому или есть какая-то фундаментальная причина, почему походка на трех ногах не так эффективна или полезна как на двух или четырех?

Десять лет назад Деннис Хонг и его команда в лаборатории RoMeLa разработали трехногий робот под названием STRIDER, который они использовали для тестирования различных сценариев. Эксперименты показали, что STRIDER был в состоянии ходить, но это было больше похоже на прерывистую походку с использованием двух из трех конечностей за раз.

Трехногий дизайн Yoichi Masuda отличается в этом отношении. Его робот имеет не только трехстороннюю симметрию, но и трехстороннюю походку. Другими словами, три ноги двигаются одинаково, за исключением того, что они не соответствуют фазе. Martian Petit имеет три высокоуровневых модуля ног и способен перемещаться по кругу, а также по линии.

«Схема управления состоит из фазового генератора колебаний и сенсорной обратной связи силы реакции от земли, где закон управления для каждой ноги отделен от других (то есть, не имеет явной обратной связи об информации с других ног). Мы показываем, что вращательная и направляющая локомоция успешно возникает с использованием метода управления, в зависимости от выбора частотного отношения генераторов».

Описанный здесь децентрализованный подход уже успешно применяется к другим видам биовдохновленных роботов, и различные виды устойчивой походки могут возникать автономно. Робот-триног – не исключение: в зависимости от того, какая частота колебаний выбрана, робота можно заставить либо вращаться, либо перемещаться в одном направлении, не задавая ему какую-либо конкретную походку. Исследователи надеются, что, продолжая работать над своим роботом, они предоставят некоторые ответы о том, как животные эволюционировали, чтобы двигаться так, как они делают, и, возможно, почему у них нет трех ног.

Это уже третье поколение робота Martian, созданного исследователями университета Осаки. Он был специально разработан с очень простой динамикой, чтобы облегчить подход к проблеме генерации походки. Исследователи, возглавляемые профессором машиностроения университета Осаки Masato Ishikawa, уже работают над новой версией с несколькими дополнительными степенями свободы, и, следовательно, более сложной динамикой в ногах.