Стандартный электродвигатель был разработан для устойчивых, непрерывных действий вроде работы компрессора или вращения конвейерной ленты. Даже новые конструкции тратят много энергии при выполнении более сложных движений, например, у роботов. Исследователи из Стэнфордского университета придумали способ усовершенствовать электродвигатели и сделать их более эффективными при выполнении динамических движений.

Ученые предложили новый тип привода, который использует энергию пружин и муфты. При выполнении каждой задачи новый двигатель потреблял как минимум на 50% меньше энергии, чем стандартный электродвигатель.

Привод использует способность пружин создавать силу без использования энергии — пружины сопротивляются растяжению и пытаются восстановить свою естественную длину при отпускании. Например, когда привод опускает тяжелый предмет, пружины могут растягиваться и поглощать тем самым часть нагрузки, которая иначе выпала бы на двигатель. Если зафиксировать пружины в растянутом положении, эту энергию можно сохранить, чтобы впоследствии помочь двигателю в выполнении другой задачи.

Для активации пружин используются электроклеевые муфты. Каждая резиновая пружина зажата между двумя муфтами: одна соединяет пружину с шарниром, помогая двигателю, а другая фиксирует пружину в растянутом положении, когда она не используется. Эти муфты состоят из двух электродов — один прикреплен к пружине, а другой — к раме или двигателю. Когда электроды не активированы, они плавно скользят друг по другу. Чтобы включить сцепление, исследователи подают большое напряжение на один из электродов. При этом электроды сближаются с характерным щелчком, аналогичным эффекту статического электричества, когда надувной шарик может прилипнуть к стене после трения о ковер. Чтобы отключить пружину, достаточно заземлить электрод и убрать его напряжение до нуля.

Привод оснащен мотором, дополненным шестью одинаковыми сцепленными пружинами, которые могут быть задействованы в любой комбинации. Исследователи провели серию испытаний, включающих быстрое ускорение, изменение нагрузок и плавное равномерное движение. При выполнении каждой задачи усиленный двигатель потреблял как минимум на 50% меньше энергии, чем стандартный электродвигатель, а в некоторых случаях снижал энергопотребление на 97%.

Благодаря более эффективным двигателям роботы смогут работать целый день, а не всего лишь 1–2 часа перед подзарядкой. Технология может улучшить вспомогательные устройства, такие как протезы или экзоскелеты. Их не нужно будет постоянно подзаряжать.

Контроллеру привода пока требуется несколько минут, чтобы определить оптимальное сочетание пружин для выполнения новой задачи. Исследователи работают над сокращением этого времени. Они планируют разработать систему, которая будет учитывать предыдущие задачи и создавать растущую базу данных более эффективных движений. Также будет применяться искусственный интеллект, который поможет определить, как лучше всего выполнить новые задачи.