Насекомые помогут создавать беспилотники, которые продолжат полёт даже после поломки

Понимание физики полётов насекомых пригодится инженерам при создании дронов.

Фото Pexels/pixabay.com.

Схематическое изображение насекомого, показывающее три оси угловой ориентации тела, соответствующие трём углам Эйлера (крен, тангаж, рысканье), которые задают поворотное положение летательного аппарата относительно его центра.

Иллюстрация Crall et al./Interface Focus.

Инженеры, создавая беспилотные летательные аппараты, ориентируются в основном на физику полёта птиц (что, как оказалось, не всегда оправданно), однако большинство насекомых превосходят пернатых в различных техниках полёта.

Именно насекомые вдохновляют конструкторов на создание роботов, способных садиться на листья, а также ползать по стенам. Теперь же учёные одарили дронов ещё одним навыком: устройства нового поколения будут способны продолжать полёт даже при поломке или потере антенны (что раньше привело бы к сбою работы системы).

Новые устройства имитируют полёты плодовых мушек дрозофил, которые могут летать даже после потери конечности. Чтобы раскрыть секрет насекомых, учёные поместили мух с подстриженными крыльями в аэродинамическую трубу и записывали с помощью высокоскоростных камер их перемещения, а затем проанализировали полёты и создали на основе полученных данных симуляторы движения крыльев насекомых.

Далее команда запрограммировала роботизированную муху, чтобы та смогла имитировать полёты с различными степенями повреждения крыльев, и это помогло понять, как в той или иной ситуации (в зависимости от "поломки") летала бы обычная живая дрозофила.

"Мы не можем попросить насекомое с частично повреждённым крылом полететь быстрее или изменить траекторию, но мы можем обратиться с той же просьбой к роботу", — поясняет соавтор исследования Флориан Мёйрес (Florian Muijres) из Вагенингенского университета (Нидерланды).

Учёные создали прототип летающего аппарата с размахом крыльев в 50 сантиметров. Чтобы сохранить аэродинамические характеристики – соотношение между размерами крыла и плотностью окружающей среды, как если бы обычная мушка летала в воздухе, им пришлось поместить дрон в минеральное масло. То есть, по сути, искусственная муха не летала, а плыла, передвигая крыльями. Такие "масляные заплывы" помогли учёным лучше понять природные особенности насекомых. Эти данные в дальнейшем помогут при разработке летающих роботов. Согласно статье, опубликованной в издании Interface Focus, беспилотные аппараты, летающие по новому алгоритму, смогут продолжать движение даже после поломки или аварии.

Схематическое изображение насекомого, показывающее три оси угловой ориентации тела, соответствующие трём углам Эйлера (крен, тангаж, рысканье), которые задают поворотное положение летательного аппарата относительно его центра.
Иллюстрация Crall et al./Interface Focus.

В том же издании вышла ещё одна статья, рассказывающая, как улучшить стабильность полётов беспилотников. Американские учёные в ходе своей научной работы исследовали полёты шмелей. По словам одного из авторов изыскания Джеймса Кралла (James Crall) из Гарварда, шмели по своим "техническим" свойствам сравнимы с танкерами. Они способны двигаться вперёд даже при очень сильном ветре, перемещая крылья быстрее остальных насекомых и, более того, разворачивая их под разными углами. Кроме того, эти насекомые могут покорять рекордные высоты .

В ходе экспериментов учёные в течение двух недель наблюдали за полётами шмелей в естественных условиях, а затем в аэродинамической трубе, изменяя силу и направление ветра. Шмели, как выяснилось, сохраняют скорость своего полёта даже при сильном ветре, увеличивая интенсивность и частоту взмахов крыльями.

По мнению инженеров, понимание свойств полётов шмелей (а именно того, как им удаётся сохранять "устойчивость" тела в полёте) будет также полезно при создании дронов.

Планируется, что эта работа будет продолжена. Инженеры будут искусственно воссоздавать природные условия полётов: доминирующие встречные потоки воздуха и так называемые локальные (в естественной среде последние создают, например, ветви деревьев).

Добавим, что ранее учёные продемонстрировали ещё один пример создания роботов с природными свойствами насекомых: сжимаемый аппарат, способный подобно таракану протискиваться сквозь почти любые щели.