Созданы самые маленькие роботы, способные прыгать и летать на крыльях

Общий вид прыгающего робота.

Фото Bhushan, Tomlin.

Робот в различных стадиях прыжка.

Фото Bhushan, Tomlin.

Крыло летающего робота (главный вид).

Фото Bhushan, Tomlin/перевод Вести.Наука.

Взмах крыла летающего робота, вид сверху.

Фото Bhushan, Tomlin.

Взмах крыла летающего робота, главный вид.

Фото Bhushan, Tomlin.

Инженеры из Калифорнийского университета в Беркли создали рекордно миниатюрных роботов, имитирующих поведение насекомых: прыжки и полёт с помощью взмахов крыльев.

Прыгающее устройство имеет габариты 17 x 6 x 14 миллиметров и вес 75 миллиграммов. При этом оно имеет бортовой источник питания: фотоэлемент массой в один миллиграмм, на который требуется светить инфракрасным лазером.

Для беспроводного прыгающего робота это рекордные показатели. Как уточняет издание TechXplore, самый лёгкий из предыдущих подобных "прыгунов" имел массу в 300 миллиграммов и был способен только на один прыжок, после чего его химический источник питания исчерпывался.

Впрочем, существует и "проводная" модель нового устройства. Она способна прыгать шесть раз в минуту.

Новый робот прыгает вертикально вверх на высоту до восьми миллиметров, приземляясь точно на обе "ноги". В будущем инженеры планируют научить его прыгать и в длину.

Робот в различных стадиях прыжка.

На каждый прыжок системе требуется 6,4 милливатта мощности. Но её двигатель не способен выдать такую энергию одномоментно (эта проблема типична для прыгающих микророботов). Поэтому инженеры создали механизм накопления энергии. Двигатель непрерывно вращает вал, на который наматывается нить. Эта нить натягивает пружину. Когда последняя оказывается достаточно растянутой, механизм отпускает её. Накопленная энергия моментально высвобождается, и робот прыгает.

Прототипом летающего устройства послужила муха дрозофила, которая весит около миллиграмма. Примерно такую же массу имеет и робот (в отличие от большинства своих "коллег", весящих порядка ста миллиграммов). Он летает за счёт взмахов крыльев с амплитудой 90°. Каждое крыло имеет дину 3,5 миллиметра. Авторы называют своё детище самым маленьким роботом, который эффективно воспроизводит кинематику полёта насекомого.

Крыло летающего робота (вид спереди).

Крылья механизма приводятся в движение пружиной кручения. Это техническое решение позволило обойтись без обычных для летающих микророботов механизмов трансмиссии, основанных на механических усилителях типа рычага. Стандартным деталям было практически невозможно придать нужные габариты.

Правда, эта "муха" не может парить над миром как гордое и независимое насекомое: её "держит на привязи" провод, по которому поступает ток.

Кроме того, КПД двигателя "мухи" составляет лишь 0,7%, тогда как у мышц реального насекомого он достигает 17%.

Интересно, что финальный этап производства такой машины, сборка, очень прост: он требует соединения всего пяти деталей. Этим "муха" выгодно отличается от других летающих микророботов, сборка которых – долгий и трудоёмкий процесс.

Взмах крыла летающего робота, вид сверху.

Ещё одно ноу-хау как "попрыгунчика", так и "мухи", – приводы на основе электромагнитов. Они работают при низком напряжении: 0,8 вольта для прыгающего робота и 0,07 вольта для летающего. Большинство других роботов массой менее грамма использует пьезоэлектрические или электростатические приводы, для работы которых требуется высокое напряжение: от 200 до 5000 вольт. Это вынуждает конструкторов использовать громоздкие цепи, повышающие напряжение. Новые роботы-насекомые лишены этих недостатков.

Разработчики также подчёркивают, что их детища работают в обычной внешней среде. Им не требуется переменное магнитное поле, специально подобранный градиент влажности или ещё какие-нибудь особые условия.

Взмах крыла летающего робота, вид спереди.

Однако ахиллесовой пятой всех микророботов остаётся отсутствие аккумуляторов, способных хранить нужный запас энергии и при этом имеющих подходящие габариты. Поэтому выход таких устройств "в автономное плавание" – дело будущего.

Также учёные не отказались бы от датчиков и контроллеров соответствующего размера, чтобы сделать свои детища самоуправляемыми.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о роботе-мухе с питанием от лазерного луча. Также мы писали о роботе-пчеле, который умеет нырять и стартовать из воды.