Сегодня автомобили и поезда пересекают сушу во всех направлениях, и складывается впечатление, что "на колесе" можно проехать куда угодно. Наивность такого взгляда становится очевидной, если вспомнить, какие гигантские пространства до сих пор непроходимы для обычных транспортных средств. А в последние годы ведутся исследовательские и конструкторские работы, имеющие целью создать экипажи, которым предстоит двигаться по поверхности других планет.
В первую мировую войну появился гусеничный ход. Гусеничные машины наряду с колесными вошли в строй и широко используются в мирное время в условиях бездорожья. Представление о том, насколько гусеничный ход эффективнее колесного, дают следующие числа: при движении по мягкой почве удельное давление на почву у гусеничной машины в 7–8 раз меньше, чем у колесной, а мощность, необходимая для передвижения, в пересчете на единицу веса в четыре раза меньше. Казалось, оптимальное решение найдено, ничего лучше гусеничного хода для бездорожья не придумаешь!
А между тем поиски продолжаются. Одно из направлений этих поисков привело к шагающим машинам — педипуляторам, приблизительно воспроизводящим движения нижних конечностей человека, стопоходящего животного. Создано много различных конструкций таких машин, использующих для передвижения принцип шагания вместо обычного перекатывания. Интерес к ним возник уже давно. Достаточно сказать, что теорией стопоходящей машины занимался еще в прошлом веке выдающийся русский математик П. Чебышев.
Какими соображениями руководствуются ученые и инженеры, обращаясь к шагающим машинам? В чем же иногда проявляются преимущества машин этого типа перед колесными и гусеничными?
При передвижении по неприспособленной поверхности принцип шагания позволяет при каждом шаге выбирать место, наиболее удобное, чтобы ступить ногой. Колесная и гусеничная машины оставляют за собой не пунктирный след стопы, а непрерывную колею, они не умеют переступать, перешагивать, и их нельзя этому научить. Глубокий след, остающийся за колесом или гусеницей, — результат уплотнения почвы — процесса, неизбежно связанного с затратой большого количества энергии. Стопа шагающей машины, как и стопа человека, тоже вдавливается в мягкую почву, и такое движение тоже сопряжено со значительным расходом энергии, однако опыты свидетельствуют, что расход ее меньше, чем у колесных и даже гусеничных машин.
Наряду с этими преимуществами шагающим машинам свойственны серьезные недостатки. Колеса и гусеницы машин движутся непрерывно, равномерно. Ноги же шагающей машины по отношению к ее корпусу, как и ноги человека по отношению к туловищу, движутся очень сложным образом. Поддержание такого движения требует затраты сравнительно большой энергии, при убыстрении его темпа быстро растут инерционные нагрузки. Шагающая машина не может и никогда не сможет двигаться со скоростью, хоть сколько-нибудь приближающейся к скорости колесной машины, это исключает целесообразность ее применения для движения по дорогам. Конструкция ноги шагающей машины, как и живой ноги, всегда оказывается сложной, она включает несколько подвижных сочленений, каждое из которых нуждается в независимом приводе.
Недостатки стопохождения — неизбежная плата за маневренность и подвижность. Человек легко и быстро поворачивается вокруг вертикальной оси, может прыгать на одной или двух ногах по ровной и неровной поверхности, по ступеням лестницы, не поворачиваясь, отходить назад или в сторону, может приседать, менять походку, переходить на бег, переступать и перепрыгивать. Удивительные возможности этого способа передвижения — вот что направило поиски инженеров, ученых и конструкторов в область стопохождения.
Изучались и изучаются способы передвижения, используемые различными животными и насекомыми, движущимися шагом, бегом и рысью, галопом и прыжками.
Поначалу движение прыжками казалось наиболее предпочтительным. Механизм прыгающей машины сравнительно прост: два неуравновешенных груза, вращающихся в противоположные стороны, развивают периодическую силу, действующую вдоль некоторой оси.
