Робот меняет форму в воздухе, чтобы перейти от полета к движению по земле — видео
Специализированные роботы, способные и летать, и ездить, обычно приземляются, трансформируются и только после этого вновь отправляются в путь. Но если поверхность неровная, они могут застрять и перестать работать. В Калифорнийском технологическом институте (Caltech) создан реальный дрон-трансформер — благодаря «мозгам» он может изменять форму прямо в воздухе, чтобы, мягко приземлившись, продолжать движение без остановки.
Новый робот, названный ATMO (Aerially Transforming Morphobot), описан в журнале Communications Engineering. Морфобот-трансформер использует четыре двигателя для полета, но защитные кожухи вокруг них превращаются в колеса, когда он переходит в режим езды. Вся трансформация происходит благодаря одному мотору, который регулирует центральный шарнир, поднимая двигатели ATMO вверх (режим дрона) или опуская их вниз (режим движения).
Разработка была вдохновлена природой — животные с несколькими режимами движения легко, на ходу переходят из одного в другой, рассказал аспирант Йоаннис Мандралис из Caltech. Например, птицы летают, а затем меняют положение тела, чтобы замедлиться и избежать препятствий.
«Способность трансформироваться в воздухе открывает широкие возможности для повышения автономности и надежности», — пояснил ученый.
Однако преобразование в воздухе сопряжено с трудностями. Возникают сложные аэродинамические силы — как из-за близости к земле, так и из-за изменения формы робота.
«Это кажется, что птица просто садится и бежит, а на самом деле аэрокосмическая отрасль бьется с этой проблемой уже, наверное, более 50 лет», — заметил профессор аэронавтики и медицинской инженерии Мори Гхариб, директор Центра автономных систем и технологий Caltech (CAST).
Все летательные аппараты сталкиваются со сложными силами у земли. Например, вертолет при посадке направляет воздух вниз, поток ударяется о землю и частично возвращается обратно. Если вертолет снижается слишком быстро, он может попасть в вихрь отраженного воздуха и потерять подъемную силу.
В случае ATMO задача еще сложнее. Робот не только должен справляться с аэродинамическими силами у земли, но и его четыре двигателя постоянно меняют направление тяги, создавая дополнительные турбулентности.
Для изучения этих сил в лаборатории CAST провели эксперименты с тензодатчиками и визуализацией потоков при помощи дыма, чтобы понять динамику процессов.
Полученные данные легли в основу нового алгоритма управления ATMO. Система использует метод прогнозирующего контроля, который постоянно вычисляет поведение робота в ближайшем будущем и корректирует его действия.
«Алгоритм управления — главное новшество этой работы, — подчеркнул Мандралис. — Квадрокоптеры используют стандартные контроллеры, но здесь мы имеем динамическую систему, которая меняется в реальном времени. Как только робот начинает трансформироваться, возникают новые силы, и система управления должна мгновенно на них реагировать».
Авторы разработки надеются, что повышенная маневренность и надежность поможет ей найти применение в коммерческих системах доставки, а также стать основой роботов-исследователей.
