Инженеры Федеральной политехнической школы Лозанны создали мультимодального робота, способного летать, ходить и прыгать как птицы. Крылатый дрон с легкостью передвигается как по земле, так и в воздухе. Благодаря легким ногам ему не нужно добавлять дополнительный вес, что позволит найти новые решения для взлета беспилотников и самолетов в сложных условиях.
Швейцарские учёные создали двуногого робота, который может ходить, подпрыгивать для взлёта или запрыгивать на препятствия, как птицы. Дрон назвали RAVEN (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments) – «Роботизированное транспортное средство в стиле птиц для различных сред». Каждая конечность робота построена по аналогии с лапой вороны и состоит из бедра, лодыжки и стопы.
Птица собирается прыгнуть, согнув ноги, чтобы накопить энергию, а затем быстро выпрямив их для прыжка. Для подражания этому принципу инженеры установили торсионную пружину в голеностопный сустав робота. Чтобы снизить механическую сложность и сложности управления, создана плоская стопа с пассивными эластичными суставами пальцев.
Эксперимент показал: за счёт синхронного действия пружин в опорах и переднего винта беспилотник способен быстро и автоматически перейти в режим полёта. При этом достигается желаемая скорость взлета, сравнимая со скоростью птиц такого же веса.
Ученые сравнили затраты энергии при разных стратегиях взлета. При прыжке с разбега расход составил 60,1 джоуля (в точке отталкивания) и был на 7,9% выше, чем при взлете с места (55,7 джоуля), и на 6,9% выше, чем при взлете после падения с высоты после толчка (56,2 джоуля). Инженеры также сравнили другие показатели. Первая стратегия оказалась самой успешной: среднее ускорение было в 4,3 раза выше, энергоотдача — в 5,3, а энергоэффективность — в 9,7 и 4,9 раза соответственно.
Ученые указали, что для посадки и вертикального старта дрона ноги можно было бы заменить простыми механизмами, например, колесами, чтобы снизить общую массу и увеличить эффективность разбега. Однако конечности, напоминающие птичьи, компенсируют дополнительный вес за счет увеличения мобильности на земле и способности обойтись без взлетно-посадочной полосы или пусковой установки.
Исследователи проверили наземные модели передвижения: ходьбу, прыжки и преодоление препятствий. Совмещая данные, добились выполнения заданного сценария дроном — прохождения пути под низким потолком, перепрыгивания через пропасть и запрыгивания на препятствие. Это невозможно для дрона на колесах с неподвижным крылом.
Винтокрылый беспилотник такой же массы мог бы решить эту задачу, но это потребовало бы больше энергии.
Дальнейшая оптимизация дрона сможет увеличить возможности его применения. Например, по этой базе можно создать универсальные летательные аппараты для взлета и посадки на местности с труднопроходимым рельефом.
Научная работа опубликована в журнале Nature.