Новый дрон имитирует полет мотылька, привлекаясь к свету.

Новости МирТесен

Ученые из Университета Цинциннати создали дрон с машущими крыльями, способный обнаруживать движущийся источник света и удерживаться рядом с ним, как мотылек, привлекаемый светом. Разработка, руководимая Самехом Эйсой, доцентом Колледжа инженерии и прикладных наук Университета Цинциннати, может привести к появлению компактных и производительных дронов для незаметной разведки.

Студенты и преподаватели аэрокосмического факультета утверждают, что ключ к созданию новых летательных аппаратов кроется в имитации полета насекомых. Привлекательность такого подхода объясняется размером: речь идет о более эффективной конструкции, и таким небольшим роботам следовало бы летать, как мотыльки. Мотыльки и другие парящие насекомые способны сохранять положение в воздухе или даже двигаться назад. Они инстинктивно и с высокой точностью адаптируются к ветру и препятствиям.

Компания Drone Aces также выполняет аналогичные действия, непрерывно внося незначительные изменения для поддержания необходимого расстояния и ориентации по отношению к источнику света, даже если этот источник движется. Лаборатория Drone Aces, известная как «Лаборатория моделирования, динамики и управления», специализируется на инженерии, основанной на принципах природы. В ходе предыдущих исследований команда разработчиков изучала возможность создания дронов, способных использовать динамическую стабилизацию, подобную той, что используют альбатросы, для экономичного полета на значительные расстояния.

Новейший дрон, стилизованный под мотылька, вдохновлен умением насекомых виртуозно зависать в воздухе. Эйса и аспирант Ахмед Эльгохари описывают эту способность с помощью математической модели, известной как экстремальное управление с обратной связью. В ходе исследования ученые выдвигают предположение, что парящие насекомые используют схожие природные системы обратной связи. Результаты моделирования демонстрируют, что экстремальное управление способно воспроизводить устойчивое поведение при зависании, характерное для насекомых, без применения искусственного интеллекта или сложных алгоритмов. Данная система основана на простом принципе обратной связи, не требующем предварительного построения моделей и работающем в режиме реального времени, что позволяет предположить, как небольшие существа способны на столь проворный полет, несмотря на ограниченные когнитивные способности.

В отличие от обычных дронов, которые полагаются на GPS или искусственный интеллект, этот летающий дрон корректирует траекторию своего полета в режиме реального времени, непрерывно оценивая собственные параметры. Он оптимизирует движение к цели, в частности к источнику света, благодаря постоянной системе обратной связи. Каждое крыло совершает взмахи независимо, что позволяет управлять креном, тангажом и рысканием. Для неподготовленного наблюдателя быстрые движения крыльев напоминают размытие, подобно крыльям колибри. Система обратной связи, реализованная в дроне, обеспечивает его устойчивость в воздухе, воспроизводя даже легкую вибрацию, характерную для мотыльков, шмелей, стрекоз, журчалок, коморов-долгоножек и колибри.

Эльгохари и аспирант Университета Цинциннати Рохан Палиникамар представили дрон в летной лаборатории Эйсы, представляющей собой огороженную сеткой зону, предназначенную для защиты как летательного аппарата, так и операторов. Четырехкрылый дрон, изготовленный из проволоки и ткани, способен подниматься в воздух и удерживать заданную позицию благодаря системе экстремального управления. Эльгохари отмечает, что ручное управление значительно сложнее и менее устойчиво. Наблюдаемые во время полета колебания не являются дефектом; это неотъемлемая часть процесса. Данные микро-изменения позволяют дрону оценивать свою эффективность и вносить поправки для поддержания стабильности и направления.

Парящие насекомые, например бражники, совершают движения крыльями по траектории, схожей с восьмеркой, что обеспечивает подъемную силу при каждом взмахе. Их гибкие крылья деформируются при каждом ударе, давая им исключительный контроль и маневренность – принцип, который инженеры Университета Цинциннати сейчас применяют в разработке роботизированных устройств. Эйса полагает, что влияние этого открытия выходит за пределы использования в беспилотных летательных аппаратах. Оно может существенно изменить биофизику. Если выяснится, что летающие насекомые, подобные мотылькам, используют механизм, аналогичный нашей экстремальной обратной связи, то, скорее всего, он эволюционировал и у других видов. Изучая самых маленьких летающих существ в природе, ученые из Университета Цинциннати выявляют, как точность и стабильность возникают из простоты, открывая уроки, которые способны изменить как технологию дронов, так и наше понимание полета.

Исследование опубликовано в журнале .