Робот получил оперение голубя и теперь летает как птица

Исследователи годами изучают физику полёта птиц, чтобы научиться создавать столь же манёвренные летательные аппараты.

Инженеры из Лаборатории Дэвида Лентинка в Стэнфорде (Lentink Lab) решили обратиться за помощью к голубям, способным легко изменять траекторию движения, лавировать между зданиями в городах, пикировать и совершать другие манёвры.

Фигуры высшего пилотажа эти и другие пернатые выполняют, изменяя форму крыльев частично или полностью. Но летательные аппараты не обладают такими возможностями.

Поэтому учёные нашли простое и изящное решение: они сконструировали робота, которого можно было дополнить голубиными перьями.

Сперва Дэвид Лентинк (David Lentink) вместе с коллегами тщательно изучил скелеты, крылья и перья голубей.

"Для того чтобы разработать робота, вы можете использовать труп птицы (а в музеях их много) для изучения его полёта, не причиняя вреда ни одному животному", – рассказывает инженер в интервью порталу Gizmodo.

На этом этапе исследователи выяснили, что для управления полётом пернатые задействуют около 40 перьев, при этом суставы запястья и пальца обеспечивают точный контроль над расположением перьев и размахом крыла.

Другой важный вывод учёных состоял в том, что микроструктура перьев (в первую очередь элементы, известные как бородочки с крючочками) обеспечивает их сцепление друг с другом, таким образом крыло превращается в единую поверхность. Это влияет на аэродинамические свойства и снижает необходимость контроля отдельных перьев.

На следующем этапе команда воссоздала те же механизмы в беспилотном летательном аппарате, получившем название PigeonBot ("Голубь-бот").

Его корпус состоит из пенопласта (первые прототипы создавались из карбона и стекловолокна, но они в итоге оказались слишком тяжёлыми). Робот также оснащён контроллерами, системой GPS и датчиками для дистанционного управления.

К крыльям робота инженеры прикрепили настоящие перья голубей.

PigeonBot также оснащён пропеллером (он расположен спереди) и искусственным хвостом. Искусственные "запястья" и "пальцы", а также гибкие "сухожилия" контролируют положение перьев.

Добавим, что совершать маховые движения робот не умеет, он пока способен лишь расправлять и складывать крылья.

Исследователи могут дистанционно управлять крыльями и заставлять робота повернуть, накрениться или совершить другой манёвр, имитируя полёт настоящего голубя.

Испытания нового робота прошли в аэродинамической трубе, а затем под открытым небом. Средняя скорость полёта PigeonBot составила около 40 километров в час.

В ходе тестов разработчики обнаружили, что лучше всего "Голубь-бот" имитирует полёт живого пернатого в том случае, если все перья для него позаимствованы от одной птицы.

Исследователи планируют продолжить изучение физики полёта птиц для дальнейшего совершенствования PigeonBot.

Дэвид Лентинк считает, что исследования и эксперименты такого рода пригодятся при создании не только беспилотников, но и самолётов новых поколений. Речь, конечно, идёт не об оперении воздушных лайнеров, а об интеграции определённых моделей полёта.

Так, один из важнейших выводов специалистов заключается в том, что угол наклона запястья птиц определяет угол наклона всех перьев в полёте. Это означает, что пернатые могут изменять форму своих крыльев без необходимости контролировать каждое отдельное перо. Это уменьшает количество переменных, или степеней свободы, необходимых для "работы" крыльев.

"Мы отказались от идеи, что необходимо контролировать каждую степень свободы, и я думаю, что в будущем [проектировщики] самолётов извлекут выгоду из этого открытия. Будущие самолёты вряд ли будут махать крыльями, но я думаю, что их крылья изменят форму", – заключает Лентинк.

О первом этапе этой работы подробно рассказывается в статье, представленной в журнале Science. Вторая статья команды – о создании "Голубя-бота" – опубликована в журнале Science Robotics.

Кстати, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о других исследованиях команды Лентинка. Она создала сверхточный прибор для измерения веса птиц в полёте, разработала новую конструкцию крыльев, благодаря которой роботы будут реже ломаться, а также провела любопытный эксперимент с попугаем, который показал, что люди ещё мало что знают о полётах пернатых.

Кроме того, мы писали о разработке дрона, который по примеру птицы пустельги не использует энергию для набора высоты.