Учёные из Гронингенского университета и Стэнфордского университета разработали робота-голубя. С его помощью установлено, как птицы управляются в полёте без руля направления, столь необходимого для аэродинамики самолётов.
У птиц, скользящих по небу, нет вертикального хвостового киля, но им удаётся сохранять равновесие при турбулентности без использования отдельных закрылков. Самолётам же требуется вертикальное оперение для контроля курса и предотвращения крена при так называемом эффекте голландского шага. Эти колебания, напоминающие движения фигуристов, возникают, когда поперечная устойчивость воздушного судна превосходит путевую.
Птицы справляются без вертикального стабилизатора благодаря постоянным изменениям формы крыльев и хвоста. Пилоты же обеспечивают устойчивость в кренах, тангаже (подъём носа или опускание его вниз) и рысканию благодаря рулям направления и элеронамЭто три угла поворота, определяющие положение летательного аппарата в системе координат или по отношению к его центру инерции на трёх осях.
По данным учёных, стабилизация тангажа возможна. стреловидностиКрылья самолета или загнутые аэродинамические профили выполняют роль горизонтального оперения, поэтому от него можно отказаться. Вертикальное же оперение необходимо для обеспечения «железной птице» путевой устойчивости, управляемости и балансировки относительно вертикальной оси.
Чтобы показать, как птицы постоянно изменяют форму крыльев и хвоста, ученые создали роботизированную модель PigeonBot II. В ее состав входит биомиметический скелет и 52 настоящих голубиных пера (40 маховых и 12 хвостовых). Пера формируют крылья и хвост, которые могут расправляться, подниматься и наклоняться в разные стороны. В конструкции заложен алгоритм, имитирующий нервно-мышечные рефлексы, которые птицы, предположительно, используют для поддержания равновесия во время полета.
Модель весит примерно триста граммов, как и у голубей. В конструкцию входит также девять… сервоприводовДва небольших пропеллера на каждом запястье дают возможность роботу взлетать, маневрировать, опускаться и летать в разных положениях.
Ученые сначала испытали робота в аэродинамической трубе, отключив пропеллеры, для настройки адаптивного рефлексивного контроллера. Затем робот прошел испытания на открытом воздухе, успешно смягчив турбулентные возмущения.
По мнению исследователей, разработка даст возможность создать самолет с более экономичным и легким строением, не имеющим вертикального стабилизатора. Предлагаемое решение также уменьшит радиолокационную заметность реактивных истребителей, повысив их эффективность.
Научная работа опубликована в журнале Science Robotics.