Крылатые роботы могут пролить свет на тайны полёта

Роботы, махающие своими крыльями и парящие в воздухе, как мухи, могут помочь учёным лучше понять тонкости авиации у насекомых и пролить свет на тайны полёта. Мухи легко улетают от мухобойки или с земли, на поверхности которой дует ветер. Некоторые исследования показывают, что тонкие изменения в движении крыла могут создать достаточно вращательного движения для того, чтобы делать резкие повороты. Имитация авиации в лаборатории с роботами может помочь учёным понять детали и тайны полёта насекомых.

"Люди пытаются построить такое устройство крыльев, как это в течение многих лет",- говорит Майкл Дикинсон, биоинженер из Университета Вашингтона в Сиэтле, не принимавший участия в исследовании.

При малых масштабах, сопротивление и трение имеют важное значение в динамике полета. В результате, многие компоненты у больших роботов, такие как зубчатые колеса и шкивы, не работают в крошечных летательных аппаратах.

Роберт Вуд из Гарвардского университета и его коллеги должны были сымитировать органы мух, их крылья и мышцы для летающих минироботов. Для мышц, они использовали керамические материалы, которые отличаются пьезоэлектрическими свойствами - то есть материалы могут сжиматься в зависимости от электрического поля. Исследователи прикреплены две мышцы в углеродное волокно скелета и каждую мышцы связали с крылом с помощью пластических шарниров в верхней части скелета. Каждое из полученных устройств получилось примерно таким же большим как один цент.

Переменное электрическое поле сжимает пьезоэлектрические мышцы, в результате чего устройство машет крыльями. Изменение силы поля или частоты создает различную интенсивность хлопания крыльев или скорость. Исследователи запрограммировали компьютер для интерпретирования видео информации в режиме реального времени, чтобы говорить роботу, когда хлопать крыльями и вращаться.

Вуду и его коллегам потребовалось десятилетие, чтобы заставить робота летать. "Однажды ночью прошлым летом в 3 утра, один из моих учеников по электронной почте сообщил о классном видео взлете, зависаним и кратком полёте робота",- говорит Вуд. С тех пор учёные испытали многочисленные прототипы, внесли множество улучшений и провели большое количество испытаний.

Лучший из роботов машет крыльями 120 раз в секунду- это почти также часто, как и реальные крылья мухи. Роботы используют примерно столько же энергии - около 19 милливатт - как насекомые близкие к ним по размерам. "Машины могут зависать, двигаться вперед и назад между точками и оставаться в воздухе в течение более 20 секунд, прежде чем упадут",- говорят исследователи.

Вуд также говорит о некоторых ключевых ограничениях: "Роботы не имеют питания на борту, датчиков или элементов управления, поэтому они всегда должны быть подключены". Дикинсон также отмечает, что движения хлопания крыльев "не так сложны, как у реальных мух". Команда Вуда и другие исследователи работают над решением каждой из этих проблем.

"Это очень впечатляющий шаг вперед",- говорит Дикинсон. "Но это также указывает, как далеко инженерам придется ещё зайти, прежде чем они раскроют все тайны полётов и создадут по-настоящему автономных летающих роботов".