O robô que mais salta alto no mundo

Este pequeno robô pesa menos que uma bola de tênis e pode pular mais alto do que qualquer coisa no mundo. No mundo competitivo dos robôs saltadores, o recorde anterior era de 3,70 m suficiente para saltar um prédio térrio. Este saltador pode alcançar 31 m, mais alto que um prédio de 10 andares. Ele poderia saltar desde os pés até o nível dos olhos da Estátua da Liberdade. Para algo ser considerado um salto, deve satisfazer dois critérios. Primeiro, o movimento deve ser criado ao se impulsionar do chão. Então, um quadricóptero não conta porque ele se impulsiona no ar. E, segundo, nenhuma massa pode ser perdida. Então, foguetes que constantemente ejetam combustível queimado não estão pulando e nem uma flecha lançada de um arco. Para ser considerado um salto, o arco teria que acompanhar a flecha. Muitos animais pulam desde pulgas de areia até gafanhotos e cangurus, e eles lançam seus corpos no ar com um único movimento de seus músculos. A energia entregue num único movimento determina a altura do salto. Então, para saltar mais alto é preciso maximizar a força muscular. O melhor saltador do reino animal é o gálago ou bebê do mato. Isso é porque 30% de toda a sua massa muscular é dedicada ao salto. Isso permite que o primata do tamanho de um esquilo salte mais de 2 m a partir de uma posição parada. Ele possui braços muito pequenos e corpo superior com pernas enormes para saltar. Não tem músculos melhores, apenas mais deles. [Música] Há brinquedos inteligentes para pular. [Música] Eu costumava brincar com esses estalos quando era criança. E quando você deforma um estalo, armazena energia em sua forma deformada. Efetivamente, ele se torna uma mola. E então, assim como um animal em um único movimento, aplica uma grande força ao chão, lançando-se ao ar. Saltadores elásticos armazenam energia em uma mola e a liberam em um único movimento para saltar, seguindo o mesmo princípio. Mas nenhum dos brinquedos saltitantes que tínhamos se comparava a este pequeno robô. De todas as coisas que já tentei filmar, esta é a mais desafiadora. [Música] Por ser tão pequeno, ele acelera rapidamente e percorre uma grande distância a cada salto. As decolagens ocorreram em uma velocidade impossível de registrar. [Música] Saltar pode parecer uma habilidade de nicho, mas saltadores projetados seriam perfeitos para explorar outros mundos, especialmente onde a atmosfera é fina ou inexistente. Na lua, com um cesto da gravidade da Terra, este robô seria capaz de saltar 125 m de altura e 5 km para a frente. Rovers podem ter dificuldades com penhascos íngras profundas. Mas os saltadores poderiam entrar e sair coletando amostras para o rover. E você não perde muita energia ao saltar. Então, se você pudesse armazenar a energia cinética de volta na mola ao pousar, a eficiência poderia ser quase perfeita. A equipe já começou a construir uma frota inteira de robôs saltadores. Alguns podem se endireitar após o pouso para decolar novamente imediatamente. Outros são direcionáveis. Eles têm três pernas ajustáveis que permitem ao saltador lançar-se em qualquer direção. Essencialmente adicionamos três pernas extras que não armazenam energia, mas formam uma espécie de tripé que permite apontar e lançar em uma direção específica. Mas como funciona esse mecanismo de salto? Bem, a estrutura principal consiste em quatro peças de fibra de carbono unidas por bandas elásticas. Juntas, elas criam uma mola que armazena toda a energia necessária para o salto. No topo do robô há um pequeno motor. Uma corda enrolada no eixo está conectada à parte inferior do robô. Então, quando o motor é ligado, ele enrola a corda comprimindo o robô e isso armazena energia na fibra de carbono e nos elásticos. Após cerca de 1 minuto e meio, a estrutura atinge a compressão máxima. Como você sabe quando colocá-lo no chão? Basicamente, uma vez que a parte inferior fique para dentro e ele possa ficar em pé, ele rolaria pra direita. Então, você o coloca no chão assim que possível. E neste ponto, né, um gatilho liberar a trava que está segurando a corda no eixo. Então, toda a corda se desenrola de uma vez e a energia armazenada na mola é liberada. O saltador vai de uma parada completa para mais de 100 km/h em apenas 9 milundos. Isso resulta em uma aceleração de mais de 300 gs. Isso seria suficiente para matar praticamente qualquer criatura viva. Cuidado, cuidado, cuidado. Mas como ele consegue saltar quase 10 vezes mais alto que o detentor do recorde anterior? Este saltador possui três características especiais de design. Primeiro, o saltador é incrivelmente leve, pesando apenas 30 g. Ele atinge esse peso usando um motor e bateria minúsculos. Além disso, toda a sua estrutura feita de fibra de carbono leve e borracha funciona como mola. Por unidade de massa, a borracha de látex natural pode armazenar mais energia do que quase qualquer outro material elástico. 7.000 1000 J por kg. O design da mola o torna ideal para seu propósito. No início, eles tentaram usar elásticos conectados a astes de alumínio articuladas, mas com este design, ao comprimi-lo, a força aumenta até um pico e depois diminui. De repente parece ter ficado bem mais fácil de puxar. Outro design com apenas ripas de fibra de carbono requer muita força para começar e depois aumenta linearmente após isso. Cada vez mais força é necessária para isso. O design final é um híbrido dessas duas abordagens. A vantagem é que seu perfil de força é quase plano em toda a amplitude da compressão. Cito que isso precisa de muita força e agora parece bastante estável com a quantidade de força que preciso aplicar. Assim, ele armazena o dobro da energia de uma mola comum, onde a força é proporcional ao deslocamento. Os pesquisadores argumentam que esta é a mola mais eficiente já feita. O corda se rompe. Ela nem sempre se solta quando esperado. Uau, um elástico arrebentou. Vou arrumar. Já volto. OK. Normalmente se esperaria que quanto mais leve, melhor para um saltador, especialmente se o peso adicionado for simplesmente peso morto, em vez de algo útil como uma mola ou um motor. Estamos adicionando um pedaço de aço ao nosso saltador. Ele saltará mais alto. O segredo é que estamos adicionando isso ao topo. Seu corpo, a parte em movimento deve pesar pelo menos tanto quanto o pé. Quando seu corpo é mais leve, a transferência de energia na colisão é ineficiente, resultando em um salto baixo. Mas o real segredo de como este saltador alcança tais alturas é através da multiplicação de trabalho. Segundo pesquisadores, diferentemente de um animal que só pode saltar usando um único movimento muscular, um saltador projetado pode acumular energia de várias revoluções de seu motor. E é assim que o motor pode ser tão pequeno. Ele não precisa entregar toda a energia de uma vez. Ele acumula gradualmente ao longo de alguns minutos. Então a troca é meio que tempo por energia. E isso é possível porque há uma trava sobensão que impede a mola de desenrolar até que o robô esteja totalmente comprimido. Curiosamente, os organismos biológicos usam travas, por exemplo, a pulga de areia que pode saltar incrivelmente alto para o seu tamanho corporal. Ela tem um músculo que está preso, né, digamos bem aqui, bem dentro do ponto de pivô. Então, à medida que contrai esse músculo, a perna não se estende, certo? Na verdade, ele tá fechando ainda mais, mas então tem um segundo músculo que o puxa para fora, vai deslocar este músculo um pouco fora do ponto de pivô. O é incrível. Então, esses dois músculos estão trabalhando. Aqui está seu grande músculo de força e músculo gatilho. É um mecanismo de inversão de torque que dispara repentinamente. Mas embora o mundo biológico tenha travas, nenhum organismo desenvolveu multiplicação de trabalho para um salto a partir do repouso, pelo menos não internamente. Observou-se que os macacos aranha puxam um galho com as mãos, usando múltiplos movimentos musculares armazenados na curva do galho para se catapultarem pra frente. Há uma aranha que dispara uma linha sedosa que eles puxam várias vezes para se atirarem como um estiling para outro local. Então é como se estivesse se atirando com o Stiling. Por isso são chamadas aranhas stiling. Tentei pular com botas de lua para ver se me ajudariam a alcançar alturas maiores. Vamos ver. E certamente parecia que sim, mas Elliot apontou que a partir de um começo parado, eles realmente não ajudam muito. Pule algumas vezes e então vai. OK. Ao pular algumas vezes, é possível armazenar a energia do salto anterior nas bandas elásticas, ajudando a impulsionar mais alto no salto seguinte. Por anos, o salto projetado foi desenvolvido para imitar o biológico, mas com a multiplicação do trabalho ganhou uma vantagem. Se for possível gerar uma grande explosão de energia ao executar um motor por muito tempo, a potência do motor deixa de ser o fator limitante. A mola é, então você pode se concentrar em fazer a mola mais poderosa possível. Este saltador quase maximizou a altura alcançável com esta mola. Com um motor infinitamente leve e tempo ilimitado de preparação, o salto máximo possível com esta mola de compressão é apenas cerca de 19% maior do que o alcançado. Para incorporar a resistência do ar e brincar com a aerodinâmica, outra forma de enviar o saltador mais alto é aumentá-lo isometricamente 10 vezes, resultando em um salto 15 a 20% maior. Estamos em uma escala intermediária onde o arrasto do arinda nos afeta, mas não tanto quanto a pulga. Se fôssemos 10 vezes maiores, poderíamos evitar completamente o arrasto do ar. Isso funciona porque se o saltador for ampliado 10 vezes em todos os lados, a área da sessão transversal aumenta em 100, o que aumenta a força de arrasto, mas a massa do saltador aumenta em 1000, então ele tem muito mais inércia, o que significa que a força de arrasto o afeta menos. O conceito de multiplicação de trabalho poderia elevar os robôs ao novo patamar. Atualmente, os motores em robôs devem ser relativamente pequenos para manter a portabilidade, mas o simples princípio de acumular a energia de várias voltas de um motor ao longo do tempo permitiria aos robôs armazenar e liberar grandes quantidades de energia, estabelecendo alguns recordes mundiais.