Российские учёные создали робота-шмеля

Учёные Московского физико-технического института (МФТИ) и Сколковского института науки и технологий (Сколтех) разработали алгоритм стабилизации в воздухе миниатюрных роботов с машущими крыльями. Он копирует особенности полёта шмеля и за счёт этого сохраняет устойчивость дрона даже при сильных порывах ветра. Благодаря новой технологии подобные устройства смогут решать сложные задачи, в том числе опылять растения в теплицах.

«Если разработка заинтересует потенциальных заказчиков, мы сможем собрать прототип мини-БПЛА. На это понадобится от полугода. Сейчас подобный прототип есть у китайских разработчиков, однако он отличается низкой устойчивостью в полёте. Других готовых решений и комплектующих нет. При этом для создания полноценного аппарата предстоит решить ещё ряд технических задач. Самая сложная из них — источник питания, так как батарейки слишком тяжёлые. Возможно, решением станет внешнее питание по проводку», — рассказал доцент кафедры информатики и вычислительной математики МФТИ Николай Ефанов.

Шмели — одни из самых маневренных насекомых в природе. Они способны мгновенно зависать в воздухе, выполнять резкие развороты практически на месте, переворачиваться и лететь в любом направлении, почти мгновенно ускоряясь и тормозя.

В рамках исследования учёные разработали алгоритм стабилизации полёта для миниатюрных роботов с машущими крыльями, а также создали вычислительную среду, позволяющую испытывать различные системы управления в условиях порывистого ветра.

Система стабилизации управляет тремя ключевыми параметрами движения крыла: амплитудой взмаха, средним положением траектории и углом поворота крыла вокруг собственной оси. На каждом шаге алгоритм рассчитывает, как изменить эти параметры, чтобы сохранить заданную скорость полёта и как можно быстрее вернуть аппарат к устойчивому движению после внешнего возмущения.

Эффективность алгоритма проверили в цифровой аэродинамической трубе, где виртуального шмеля запускали с сильным вертикальным порывом ветра. Новый гибридный алгоритм стабилизировал полёт даже при ударах, сила которых в 1,5 раза превышала вес управляемого объекта. Время стабилизации в таких условиях составило от трёх до шести секунд.

«Наш метод позволяет роботу сохранять устойчивый полёт в гораздо более широком диапазоне условий. Это особенно важно для микроустройств, которым предстоит работать в экстремальной среде: между деревьями <…> или при опылении растений в теплицах», — рассказал Ефанов.

Стабильность, которую удалось воспроизвести на основе аэродинамики шмеля, — это главный шаг от красивой модели к реально полезному микророботу, отметил эксперт рынка НТИ «Аэронет» Артём Богатырев. Для таких аппаратов важно уметь быстро восстанавливать равновесие после внешнего воздействия, например порыва ветра, сдвига воздуха, столкновения с препятствием. Чем устойчивее полёт, тем выше шанс, что робот сможет выполнять задачу не только в идеальных лабораторных условиях, но и в реальной среде.

Сама идея робота-шмеля хороша тем, что открывает сразу несколько вариантов применения — от миниатюрной точечной работы до более серьёзных прикладных сценариев.

Источник: ФГБУ «Центр Агроаналитики»