Koła, niezbędne elementy samochodów, ciężarówek, rowerów, a nawet wózków inwalidzkich, są tak powszechne, że często nie zdajemy sobie sprawy z ich znaczenia. Niestety, wózki inwalidzkie często mają trudności z pokonywaniem nierówności i przeszkód, co ogranicza mobilność osób na nich poruszających się do utwardzonych powierzchni. Podobne ograniczenia dotyczą robotów mobilnych.

Innowacyjne koło, które zmienia kształt

Grupa koreańskich naukowców opracowała innowacyjne, regulowane koło, które zmienia swój kształt w czasie rzeczywistym, umożliwiając pokonanie przeszkód terenowych i poruszanie się w trudnym terenie.

Oczywiście, powiedzenie "wynaleźć koło na nowo" jest przesadą. Jednakże, przykłady takich projektów jak koła inspirowane origami, system 'Roadless' czy opony NASA pokazują, że nawet tak fundamentalny element jak koło wciąż inspiruje inżynierów do poszukiwania nowych rozwiązań i ulepszeń, często czerpiąc inspirację z natury i najnowszych technologii.

Porównanie systemów jezdnych w trudnym terenie

Problem nierównego lub pełnego przeszkód podłoża można rozwiązać, stosując system gąsienicowy. Jest to specjalnie zaprojektowany mechanizm zwiększający powierzchnię styku z podłożem, co poprawia trakcję na trudnym terenie. Należy jednak pamiętać, że systemy gąsienicowe charakteryzują się stosunkowo niskimi prędkościami maksymalnymi oraz większym zużyciem energii w porównaniu z systemami kołowymi. Wysokie tarcie wynikające ze zwiększonej powierzchni kontaktu jest główną przyczyną tych ograniczeń.

Zastosowanie opon bezpowietrznych, zwanych również niepneumatycznymi, w terenie trudnodostępnym niesie za sobą istotną zaletę – odporność na przebicia, wycieki i uszkodzenia mechaniczne. Niestety, ich sztywna konstrukcja stanowi ograniczenie w pokonywaniu przeszkód terenowych, zwłaszcza o znacznej wysokości. Opony bezpowietrzne wykazują bowiem mniejszą zdolność do deformacji, co utrudnia adaptację do nierówności podłoża.

Źródło: Lee et al

B. ilustruje szprychę stalową i inteligentną strukturę łańcucha; 
D. pokazuje, co dzieje się z kształtem koła, gdy zmienia się szczelina piasty

Napięcie powierzchniowe jako klucz do sukcesu

Zainspirowani zjawiskiem napięcia powierzchniowego występującym w kroplach cieczy, naukowcy stworzyli innowacyjne koło o zmiennej sztywności. Taki mechanizm pozwala na poruszanie się po nierównym terenie i pokonywanie przeszkód, zachowując jednocześnie zalety tradycyjnych kół.

Kluczowym aspektem odkształcalnego koła jest jego modułowa struktura łańcuchowa, składająca się z segmentów łańcucha rozmieszczonych wokół zewnętrznej części koła i połączonych łącznikami z przeciwległymi stronami centralnej piasty. Zmieniając odległość między środkami obu stron piasty, naukowcy mogli modyfikować długość łączników, a tym samym kształt zewnętrznego łańcucha segmentów. Zwiększenie tej odległości powodowało skracanie łączników, co zmuszało segmenty łańcucha do zbliżenia się do siebie i tworzenia okrągłego koła, optymalnego do szybkiej lokomocji. Zmniejszenie odległości wydłużało łączniki i umożliwiało segmentom łańcucha rozszerzanie się, co pozwalało na deformację koła i pokonywanie napotkanych przeszkód.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Inne

Nowe materiały pomogą w rozwoju budownictwa?

Nie występują w naturze – są projektowane i tworzone przez człowieka, ale mają niezwykłe właściwości mechaniczne. Mowa o metamateriałach tensegrity.

Inne

Alternatywne materiały budowlane pochłaniające CO2 dzięki fotosyntezie

Nowy materiał rozwiązuje problem emisji dwutlenku węgla podczas produkcji i użytkowania betonu, wykorzystując dość nietypową siłę roboczą: cyjanobakterie.

Rewolucyjne koło do wózków inwalidzkich

Naukowcy przetestowali swoje innowacyjne koło w dwukołowym wózku inwalidzkim i czterokołowym pojeździe. Okazało się, że koło pozwala na pokonanie przeszkód – takich jak duże stopnie czy nieregularne skały – o wysokości do 1,2 raza większej od własnego promienia.

Dwukołowy wózek inwalidzki o wadze 120 kg z łatwością porusza się po nierównym, trawiastym podłożu. Należy jednak zwrócić uwagę na znaczne przechylanie się siedziska podczas pokonywania przeszkód, co może budzić obawy dotyczące bezpieczeństwa użytkownika.

Źródło: Lee et al

Naukowcy zauważyli, że kurz i cząsteczki dostały się do obszarów między inteligentnymi blokami łańcucha i spowodowały uszkodzenie koła, więc pracują nad dodaniem struktury osłony koła do przyszłych iteracji. Widzą duży potencjał w swoim adaptowalnym kole.

– Badanie to pokazuje zmienność sztywności w czasie rzeczywistym w skali rzeczywistych kół używanych w wózkach inwalidzkich, co sugeruje szersze powszechne zastosowania w robotach opartych na kołach i systemach transportowych do wydajnej jazdy w trudnym terenie – stwierdzili naukowcy.

Źródło: EurekAlert!