Вчені створили робота-птаха: він навчить дрони літати навіть у сильний шторм

Дослідники використали технологію захоплення руху, щоб точно зафіксувати, як австралійський боривітер налаштовує свої крила та хвіст у турбулентному повітрі. Роботизований птах, випробуваний в аеродинамічній трубі, може містити в собі креслення для дронів, які нарешті зможуть впоратися з вітряною погодою.

Читайте также: Ubisoft назвала точний час релізу Assassin’s Creed Black Flag Resynced та попереднього завантаження

Дослідники з Університету RMIT (Мельбурн, Австралія) та Брістольського університету (Велика Британія) провели зворотне проєктування австралійського боривітера (Falco cenchroides), щоб зрозуміти, як він без зусиль зависає в поривчастому вітрі та що це означає для малих безпілотних літальних апаратів, які досі не здатні на таке.

Чому вітер залишається головним ворогом дронів

Коли вітер посилюється, час посадити дрон і повернутися додому. Це стосується незалежно від того, чи перевозить він посилку, камеру чи боєголовку. І це не просто невелика незручність, а фундаментальне аеродинамічне обмеження.

Результати дослідження, опубліковані у двох статтях журналу Journal of the Royal Society Interface, показують, що вертикальний порив вітру такої ж сили, як і горизонтальний, створює у 25–100 разів більшу зміну підйомної сили на малому крилі залежно від його форми. Саме такі вертикальні пориви є найпоширенішими на малих висотах, де працюють безпілотники, а зміна клімату, ймовірно, лише посилить цю проблему в найближчі десятиліття. Проте природа вирішує це завдання вже мільйони років.

Як боривітер перемагає турбулентність

Австралійський боривітер є справжнім майстром зависання в бурхливому повітрі. Використовуючи систему захоплення руху в аеродинамічній трубі RMIT, команда точно записала, як живий птах поводиться в умовах реальної турбулентності. Різниця між птахом і машиною виявилася величезною. Боривітер має понад 22 ступені свободи для коригування положення свого тіла під час польоту. Звичайний дрон має лише чотири.

Крім того, маса тіла боривітера зосереджена переважно в тулубі, що дозволяє йому обертатися та компенсувати пориви вітру приблизно вдвічі швидше, ніж дрон аналогічного розміру. Натомість мікродрони мають занадто велику обертальну інерцію своєї конструкції, щоб реагувати настільки ж швидко.

Щоб перейти від простих спостережень до точного вимірювання сил, дослідники створили високоточну роботизовану копію птаха на основі комп’ютерної томографії реальних зразків.

Роботизована копія птаха розкрила секрет польоту

Робот відтворює взаємопов’язані рухи крил — розгинання ліктя та зап’ястя — а також рух хвоста. Його випробували в аеродинамічній трубі при швидкості потоку 7 м/с (15,7 милі на годину). Виявилося, що секрет контролю поривів полягає в тому, як разом працюють крила та хвіст. Коли вони одночасно розправляються, як це робить справжній боривітер під час зависання, приріст підйомної сили виявляється більшим, ніж проста сума ефектів від кожного руху окремо. При цьому моменти тангажу взаємно компенсуються.

Звичайний дрон, який збільшує підйомну силу шляхом зміни тяги двигунів або кута керуючих поверхонь, майже неминуче починає перекидатися. Хвіст також працює як природний регулятор стабільності. У розправленому стані він ефективно протидіє будь-яким поривам, що намагаються нахилити птаха вперед або назад, автоматично компенсуючи збурення. У складеному положенні боривітер стає майже нейтральним — менш схильним до самостабілізації, зате набагато маневренішим.

Перевага боривітера не обмежується лише складною механікою руху. Його пір’я автоматично розкривається під дією аеродинамічного навантаження, щоб запобігти зриву повітряного потоку. Особливі волосоподібні пера — філоплюми — оснащені нервовими закінченнями та здатні в режимі реального часу виявляти коливання потоку й моменти його відриву. Додатково механорецептори в суглобах постійно контролюють навантаження на конструкцію крила.

Від лабораторії до дронів нового покоління

Жоден сучасний безпілотник не має навіть приблизно настільки розвиненої розподіленої системи сенсорного зворотного зв’язку.

Втім, дослідники визнають, що шлях від лабораторії до практичного застосування буде довгим. Стійкість боривітера забезпечує не якийсь окремий механізм, а одночасна робота всіх його систем, і відтворити це на легкій та недорогій платформі буде надзвичайно складно.

Поки що команда зосереджена на малих безпілотних літальних апаратах, однак дослідники сподіваються згодом адаптувати свої відкриття і для більших літальних апаратів. RMIT уже шукає промислових партнерів для подальшого розвитку цієї технології. Якщо проєкт буде успішним, наступне покоління невеликих літальних апаратів перестане боротися з вітром і навчиться літати так само ефективно, як боривітер.

Читайте также: Серія Redmi Note 17 виходить вже у липні: що чекати і коли

Джерело: New Atlas