Технологии

Инженеры Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) сконструировали мультимодального робота, который может не только взлетать, но и ходить, и прыгать, как птицы. Крылатый дрон способен так же легко, как пернатые, перемещаться как в наземной, так и в воздушной среде. При этом за мощные ноги ему не надо расплачиваться дополнительным весом — это позволит найти новые решения для взлета беспилотников и самолетов в сложных условиях.

Швейцарские ученые разработали двуногого робота, который может ходить, подпрыгивать для взлета или запрыгивать на встречающееся препятствие, подобно птицам. Дрон получил название RAVEN (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments, или «Роботизированное транспортное средство в стиле птиц для различных сред»). Каждая его конечность устроена так же, как, например, у ворон, и состоит из бедра, лодыжки и стопы.

Птица готовится к прыжку, сгибая ноги, чтобы накопить энергию, а потом использовать ее для прыжка, быстро вытянув конечности. Чтобы сохранить этот принцип, инженеры встроили торсионную пружину в голеностопный сустав робота. А чтобы уменьшить механическую сложность и сложность управления, разработали плоскую стопу с пассивными эластичными суставами пальцев.

Результаты эксперимента показали, что за счет синхронного срабатывания пружин в ногах и переднего винта дрон может быстро и автоматически переходить в режим полета. При этом он достигает желаемой скорости взлета, сопоставимой со скоростью птиц аналогичной массы.

Затем ученые сравнили энергетические затраты при различных стратегиях взлета. Так, при прыжке с разбега расход составил 60,1 джоуля (в точке отталкивания) и оказался выше на 7,9%, чем при взлете с места (55,7 джоуля), и на 6,9% выше, чем при взлете с падения с высоты после толчка (56,2 джоуля). Также инженеры сопоставили другие показатели. Первая стратегия оказалась самой успешной: среднее ускорение при прыжке с разбега было выше в 4,3 раза, энергоотдача — в 5,3, а энергоэффективность — в 9,7 и 4,9 раза соответственно.

Исследователи отметили, что для падения и вертикального взлета ноги дрона можно было бы заменить более простыми механизмами, например колесами, чтобы уменьшить общую массу тела и тем самым увеличить эффективность разбега. Однако конечности, схожие с птичьими, компенсируют, как и у пернатых, добавленную массу за счет увеличения наземной мобильности и умения обходиться без взлетно-посадочной полосы или пусковой установки.

Эксперименты робототехники провели и с наземными моделями передвижения: ходьба, прыжки и преодоление препятствий. Объединив их, исследователи добились выполнения дроном заданного сценария — прохождения пути под низким потолком, перепрыгивания через пропасть и запрыгивания на препятствие, что было бы невозможно для дрона на колесах с неподвижным крылом.

Исследователи отметили, что подобную задачу мог бы выполнить винтокрылый беспилотник такой же массы, но это было бы менее энергоэффективно. Дальнейшая оптимизация дрона способна расширить потенциал разработки. В частности, на ее основе возможно сконструировать универсальные летательные аппараты для взлета и посадки на местности со сложным рельефом.

Научная работа опубликована в журнале Nature.