Создан водоплавающий робот-птица с машущими крыльями — видео
Вдохновившись водоплавающими птицами, которые легко взмывают с водной глади или стремительно пикируют в водоем за добычей, инженеры из Массачусетского технологического института и Федеральной политехнической школы Лозанны разработали водно-воздушного робота с крыльями.
«Крылатый аппарат для воздушно-водной среды» описан в журнале Science. Он задуман для того, чтобы помочь понять механику, позволяющую ныряющим птицам летать как в воздухе, так и в воде, а в перспективе станет незаменимым помощником океанографов и морских биологов.
«В идеале мы представляем, как океанографы, морские биологи и жители прибрежных районов запускают такого робота с лодки или с берега, он подлетает к интересующему объекту — айсбергу, портовому сооружению или стае китов. Он ныряет в воду, чтобы измерить что-то или взять пробу, возвращается и передает данные — и все это за долю стоимости традиционных методов. А потом снова вылетает, чтобы нырнуть еще раз», — говорит Рафаэль Зюфферей, возглавляющий в MIT лабораторию робототехники AURA.
Просто никто еще не пытался
Там он вместе со студентами конструирует небольшие летающие и плавающие аппараты, вдохновленные бионикой в природе. Разработка робота, способного и на то, и на другое сразу, стала самым настоящим прорывом — ведь вода в 1000 раз плотнее воздуха. «Мы знали, что это возможно. Просто никто еще не пытался повторить это в мобильной робототехнической системе», — подчеркивает инженер.
Новый робот внешне напоминает птицу — корпус, два крыла и хвост. В корпусе установлены аккумулятор и водонепроницаемый электродвигатель, который приводит в действие коленчатый вал, а тот, в свою очередь, поднимает и опускает крылья с заданной частотой. Крылья сделаны из тонких мембран, покрытых гидрофобными наночастицами, чтобы отталкивать воду. Хвост также оснащен мотором и может менять угол наклона, помогая роботу взлетать или пикировать.
Крылья можно заменять — исследователи изготовили и испытали три набора: маленькие (60 см в размахе), средние (80 см) и большие (100 см). Сначала эксперименты проводили в небольшом резервуаре с водой, затем — на Женевском озере в Швейцарии. Наилучшие результаты дали средние.
В испытаниях замерили технические характеристики устройства и оценили его возможности по передвижению в разной среде. Под водой робот может плыть со скоростью почти 1 м/с, совершая пять взмахов крыльев в секунду; в воздухе достигает около 6 м/с при том же темпе работы крыльями. Скорость и частота взмахов робота близки к показателям настоящих ныряющих птиц.
Чтобы взлететь с воды, робота нужно наклонить под углом 70 градусов — это достаточно крутой угол, который не позволяет кончикам крыльев касаться поверхности воды, когда он взмахивает крыльями и поднимается в воздух. Если угол сделать круче, робот опрокинется обратно в воду.
По подобию птиц — но совершеннее
Примечательно, что эта комбинация размера крыльев, частоты взмахов и угла хвоста позволяет роботу плавать под водой, отрываться от поверхности и летать без того, без чего не обходятся многие ныряющие птицы — без лап.
«Если посмотреть на птиц, большинству из них, чтобы взлететь, нужно грести лапами по поверхности. И мы задались вопросом: нужно ли то же самое роботам? Оказалось, что нет», — заметил Зюфферей.
В дальнейшем конструкция крыльев будет усовершенствована, чтобы они могли не только махать вверх-вниз, но и поворачиваться. Также разработчики намерены проверить работу робота в нестабильных условиях — например, при выходе из бурной воды или полете на ветру. В конечном счете все это должно сделать устройство пригодным для решения практических задач в океанологии.
