Американские и швейцарские университеты совместно разработали машущий крыльями робот, способный плавать и летать

Репортаж от Wedoany，Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) и Швейцарской высшей технической школы Лозанны (EPFL) создали робота, который может плавать под водой и, взмахивая крыльями, выпрыгивать на поверхность для полёта, напоминая поведение нырковых птиц. Этот робот, получивший название «Машущий крыльями воздушно-подводный аппарат» (FAAV), весит менее 300 граммов и предназначен для помощи учёным в изучении механики полёта нырковых птиц в воздухе и воде. Аппарат состоит из центрального корпуса, двух гибких машущих крыльев и управляемого хвостового оперения; крылья и хвост могут заменяться на разные размеры по мере необходимости.

В ходе экспериментов, проведённых в небольшом бассейне и на Женевском озере в Швейцарии, инженеры определили комбинацию размаха крыльев, частоты взмахов и угла хвостового оперения, позволяющую роботу плавно переходить от плавания под водой к прорыву поверхности и полёту в воздухе. Результаты исследования опубликованы в журнале Science. Рафаэль Цуффери (Raphael Zufferey), доцент кафедры машиностроения MIT, отметил, что эта разработка может помочь понять, как нырковые птицы адаптируют механику полёта к двум средам — воздуху и воде, а также может привести к созданию новых воздушно-подводных дронов и транспортных средств. Цуффери является ведущим автором этого нового исследования, соавторами которого выступили учёные из EPFL и Северо-западного индейского колледжа (Northwest Indian College) в Беллингеме, штат Вашингтон. Исследователи предполагают, что океанологи, морские биологи и жители прибрежных районов смогут запускать такого крылатого робота с корабля или берега, подлетать к опасным участкам, например, к айсбергам или стаям китов, нырять для взятия проб, а затем возвращаться и передавать данные, причём затраты будут значительно ниже, чем при использовании традиционных методов.

Изучив научную литературу и обобщив данные о нырковых птицах, таких как тупики, буревестники и зимородки, исследовательская группа обнаружила, что частота взмахов крыльев у мелких птиц в воздухе составляет около 10 раз в секунду, а в воде — около 4 раз в секунду. Основываясь на этом, команда разработала робота с частотой взмахов крыльев, схожей с реальными нырковыми птицами. Корпус робота оснащён аккумулятором и водонепроницаемым двигателем, который приводит в движение коленчатый вал, толкающий вверх и вниз плёночные крылья, покрытые гидрофобными наночастицами, с заданной частотой; хвостовое оперение может изменять угол для помощи в полёте. Исследователи изготовили и протестировали три набора крыльев: малые (ширина 60 см), средние (ширина 80 см) и большие (ширина 100 см). В ходе испытаний робота помещали на глубину около полуметра под водой, крылья взмахивали с определённой частотой, а хвост наклонялся под определённым углом. Результаты показали, что при использовании средних крыльев робот надёжно летал, плавал и переходил из воды в воздух, при этом крылья должны были быть одновременно гибкими и прочными.

При взмахах крыльев с частотой около 5 Гц скорость робота в воде достигала почти 1 м/с, а в воздухе — около 6 м/с, что схоже с реальными нырковыми птицами. Для перехода из воды в воздух роботу необходимо было наклоняться под углом 70 градусов, чтобы кончики крыльев не касались поверхности воды. Исследование также показало, что такая комбинация размеров позволяет роботу взлетать из воды без необходимости грести лапами, как это делают тупики и другие птицы. В будущем команда планирует усовершенствовать конструкцию крыльев, добавив функцию поворота, а также протестировать производительность в условиях турбулентности, в конечном итоге надеясь развернуть этот аппарат для помощи в океанографических исследованиях. Эта работа частично финансировалась за счёт стипендии Марии Склодовской-Кюри (Marie Skłodowska-Curie Actions).