Разработчики из Калифорнийского технологического университета (США) создали для подводного дрона систему движения, основанную на механике хвостового плавника тунца. Этот инновационный подход, вдохновленный биологическими особенностями, призван оптимизировать работу беспилотных аппаратов, в частности, увеличить их маневренность и скорость, что важно для проведения глубоководных исследований.
По мнению инженеров-робототехников, эти устройства обладают широкими возможностями применения: их всё чаще будут использовать в научных исследованиях, в военных целях и для обслуживания промышленных объектов. Для эффективной работы беспилотные аппараты должны быть способны преодолевать большие расстояния, не теряя способности к точному маневрированию или удержанию позиции.
К дронам, предназначенным для инспекции подводных нефтепроводов, предъявляются определенные требования. Они должны быть способны достигать удаленных объектов, обеспечивать точное позиционирование и маневрировать во время проведения ремонтных работ. В то же время, современные подводные аппараты пока значительно проигрывают беспилотным летательным аппаратам по своим параметрам, несмотря на то, что они обходятся дешевле в плане изготовления и обслуживания.
При разработке прототипа роботизированного плавника ученые руководствовались как биологическими особенностями рыб, так и существующими инженерными решениями. Гибридный гребной механизм имитирует трехмерное движение хвостового плавника тунцов. Этот орган выполняет функцию движителя, стабилизатора и руля, что обеспечивает курсовую устойчивость и маневренность рыбы.
Плавник-пропеллер, включающий три оси, устанавливается в задней части транспортного средства. Движение плавника создается с помощью сферического манипулятора и осуществляется по траектории, напоминающей восьмерку или эллипс. Такая траектория имитирует подметающие и вращательные движения рыбьих плавников, что влияет на скорость и маневренность. Согласно результатам экспериментальных исследований, трехмерная кинематика увеличивает маневренность на 49% по сравнению с двумерной, подразумевающей только прямолинейные движения. Механизм демонстрирует свою эффективность для широкого спектра параметров геометрии и жесткости плавника.
В отличие от существующих моделей, новый прототип обладает возможностью совмещать две функции: осуществление дальнобойных миссий и удержание/маневрирование на месте. Ранее подводные беспилотные аппараты были разработаны для выполнения только одной из этих задач. Однако, предлагаемый механизм позволяет делать это не одновременно, а последовательно.
Разработчики намереваются оптимизировать конструкцию, обеспечив большую аэродинамичность и снизив шумность «плавника», после чего проведут испытания. Благодаря плавным, быстрым и бесшумным движениям, которые обеспечит данная конструкция, беспилотник сможет более эффективно проводить исследования в глубоководных условиях.
Научная работа опубликована в журнале Scientific Reports.