Специалисты Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) разработали универсального робота, способного к полету, ходьбе и прыжкам, подобно птицам. Этот крылатый дрон с легкостью преодолевает препятствия как на земле, так и в воздухе. Благодаря мощным, но легким ногам, можно найти инновационные подходы к взлету беспилотных летательных аппаратов и самолетов в непростых условиях.
Швейцарские исследователи создали двуногого робота, способного передвигаться, совершать прыжки для взлета или преодолевать препятствия, как птицы. Беспилотное летательное устройство получило название RAVEN (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments), что расшифровывается как «Роботизированное транспортное средство, вдохновленное птицами, для различных сред». Его конечности сконструированы по аналогии со строением конечностей ворон, и состоят из бедра, лодыжки и стопы.
Перед прыжком птица сгибает ноги, запасая энергию, которую затем использует для мощного толчка, быстро выпрямляя конечности. Чтобы воспроизвести этот механизм, инженеры добавили торсионную пружину в голеностопный сустав робота. Для упрощения конструкции и облегчения управления была создана плоская стопа с пассивными эластичными суставами пальцев.
Эксперимент продемонстрировал, что одновременное действие пружин в ногах и переднего винта позволяет дрону оперативно и без вмешательства человека переходить в режим полета. Благодаря этому он способен развивать необходимую скорость подъема, сравнимую со скоростью взлета птиц схожего веса.
После этого исследователи провели сравнение энергетических издержек, связанных с разными методами взлета. Например, при взлете с разбега затраты энергии в момент отталкивания составили 60,1 джоуля, что на 7,9% превышало показатель при взлете с места (55,7 джоуля) и на 6,9% превышало показатель при взлете после толчка с небольшой высоты (56,2 джоуля). Кроме того, специалисты проанализировали и другие параметры. Первая стратегия оказалась наиболее эффективной: среднее ускорение при прыжке с разбега было в 4,3 раза больше, энергоотдача – в 5,3, а энергоэффективность – в 9,7 и 4,9 раза соответственно.
Ученые подчеркивают, что для осуществления посадки и вертикального подъема ножные опоры дрона можно было бы заменить на более простые конструкции, такие как колеса, что позволило бы снизить общий вес и повысить эффективность разгона. Вместе с тем, конечности, имитирующие птичьи, компенсируют увеличение массы благодаря расширенным возможностям наземного передвижения и способности функционировать без необходимости в взлетно-посадочной площадке или стартовом устройстве.
Исследования в области робототехники охватили и наземные способы перемещения, такие как ходьба, прыжки и преодоление препятствий. Сочетание этих методов позволило ученым создать дрон, способный выполнять заданный алгоритм действий: двигаться под низким потолком, перепрыгивать через пропасти и запрыгивать на возвышенности, что было бы нереально для дрона с колесами и неподвижным крылом.
По мнению исследователей, аналогичную задачу мог бы решить винтокрылый беспилотник сопоставимой массы, однако это потребовало бы больше энергии. Дополнительная оптимизация дрона позволит расширить возможности для разработки. В частности, на его основе можно создать универсальные летательные аппараты, предназначенные для взлета и посадки на местности с неровным рельефом.
Научная работа опубликована в журнале Nature.