27.07.2020г.
"Существуют орнитоптеры, которые могут летать вперед или назад, а также кружить или глиссировать, однако до недавнего времени они не умели самостоятельно взлетать или парить в воздухе, подобно птице. Мы решили все мешавшие этому проблемы и добились того, что наш прототип вырабатывает такую же тягу, как и пропеллер", – рассказал один из авторов работы, профессор Университета Южной Австралии Джаваан Чаль.
За последние годы конструкторы и ученые создали множество роботов, которые могут решать определенные задачи не хуже животных. К примеру, специалисты компании Boston Dynamics создали четвероногого робота, который может бегать столь же быстро, как гепард, а также двуногого робота, который прыгает как кенгуру.
Еще со времен Леонардо да Винчи инженеры-конструкторы пытались создать миниатюрные машины, которые могли бы летать так же, как это делают птицы, пчелы, бабочки и другие насекомые. Пока эту задачу так никто и не решрил из-за того, что для полета нужно несоизмеримо много ресурсов и усилий при небольшой массе тела животного или его робокопии.
Чаль и его коллеги реализовали эту мечту итальянского естествоиспытателя, выяснив несколько механизмов, из-за которых у миниатюрных механических копий крыльев низкий КПД. Благодаря этому инженеры из Сингапура и Австралии создали сверхлегкого крылатого робота массой всего в 26 грамм. Он может летать примерно так же, как это делают ласточка или другие небольшие птицы.
Механическое подобие жизни
Он представляет собой миниатюрное подобие птицы с четырьмя крыльями из пластиковых мембран. Их движением управляет специальный мотор. Помимо крыльев, к нему подключен и хвост: он позволяет роботу маневрировать в воздухе, в том числе резко менять направление движения или быстро сбрасывать скорость полета.
Анализируя различные аспекты работы подобных роботов, Чаль и его коллеги обнаружили, что больше всего энергии теряется из-за того, что ось движущего их мотора постоянно колеблется из стороны в сторону. Ученые решили эту проблему, сменив набор подшипников и подвесив крылья на нейлоновые петли.
Как показали последующие опыты, эти небольшие изменения резко повысили КПД летательного аппарата. Благодаря этому он вышел в "энергетический плюс" и стал вырабатывать примерно на 40% больше энергии, чем нужно для простого полета. Благодаря этому робот может не только лететь по прямой линии, но и вертикально взлетать и садиться, а также совершать сложные маневры в воздухе, доступные раньше только птицам.
Что интересно, типичная эффективность того, как этот робот расходует энергию, по оценкам авторов статьи примерно в 1,3 раза выше, чем лучшие пропеллерные системы. Учитывая похожее устройство мотора, ученые предполагают, что аналогичные изменения в его конструкции могут сделать винтовые самолеты более экономичными с точки зрения расходов топлива.
"Нам есть еще куда стремиться – обычные ласточки умеют летать со скоростью в 112 км/ч, а также поворачивать свое тело во время полета и при этом махать крыльями под любыми углами и скоростями. Поэтому можно сказать, что мы воспроизвели лишь десятую часть возможностей птиц", – подытожил другой разработчик робота, профессор Технологического университета Сингапура Яовэй Чин.
