Современные летательные аппараты вынуждены искать компромисс. Дроны с пропеллерами очень маневренны и способны зависать на месте, но при этом потребляют много энергии. Самолеты благодаря жесткому крылу летают крайне эффективно, но не могут надолго застыть в воздухе, подобно соколу, высматривающему добычу.
В Институте интеллектуальных систем Общества Макса Планка (MPI-IS) в Тюбингене разработан робот Floaty с изменяемой формой, который сочетает в себе оба преимущества. Конструкция описана в журнале npj Robotics.
В работе инженеры вдохновлялись птицами, которые умеют парить, используя воздушные потоки и просто регулируя положение крыльев. Как и его пернатые прототипы, этот робот обходится без пропеллеров для поддержания высоты.
Floaty испытали в аэродинамической трубе при скорости потока до 10 м/с. Робот использует стремительно поднимающийся снизу воздух и оперативно изменяет положение четырех подвижных створок на своей верхней части. Поворачивая эти регулируемые закрылки, он управляет обтеканием корпуса воздухом, тем самым меняя силу лобового сопротивления.
Это позволяет «Флоути» удерживать равновесие, даже если поток толкает его вбок — и все это без активной тяги и высокого энергопотребления. Благодаря множеству экспериментов в аэродинамической трубе робот опирается на обученную аэродинамическую модель, которая позволяет ему точно управлять своим положением и зависать на месте. Он успешно восстанавливает устойчивость после физических толчков и порывов ветра.
«Мы считаем, что наша работа открывает новые горизонты в создании летающих роботов — более эффективных и экологичных. Вместо того чтобы полагаться на двигатели, создающие тягу, “Флоути” показывает, что роботы способны разумно использовать энергию ветра, словно птицы — экономя массу энергии и при этом сохраняя управляемость», — говорит первый автор исследования Гадир Эльмкаиль из группы «Обучающиеся и динамические системы» в MPI-IS.
Добиться устойчивости, сохранив при этом маневренность, было непросто, признаются разработчики. В первых испытаниях в трубе «Флоути» заваливался набок, а не выравнивался. Для решения проблемы авторы опустили центр тяжести машины и переделали жесткие створки, придав им точно рассчитанный изгиб. Благодаря этим доработкам дрон устойчив от природы и автоматически корректирует баланс прямо в полете.
«Наш робот может найти применение во многих реальных условиях, где есть восходящие потоки. Он может, например, инспектировать фабричные дымовые трубы с сильным восходящим движением воздуха — с минимальными доработками. Похожая технология, возможно, пригодится для управления ракетами при входе в атмосферу или для корректировки траектории метеозондов. Вариантов, где можно использовать восходящие потоки для экономии энергии, очень много», — считает руководитель группы «Обучающиеся и динамические системы» Михаэль Мюлебах, соавтор статьи.
Дроны наделили птичьей маневренностью и умением преследовать — видео
Робот-ястреб научился взлетать, как настоящая птица: видео
Робот меняет форму в воздухе, чтобы перейти от полета к движению по земле — видео
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX