Он ныряет как гагара и взлетает без гребка лапами — учёные MIT собрали робота-птицу, который меняет стихию
Гагары, тупики и буревестники — немногие из сотни видов птиц, которые умеют и летать, и плавать. Они ныряют в воду за добычей и тут же взмывают обратно в небо. Эту способность инженеры Массачусетского технологического института и швейцарского EPFL повторили в роботе, который плавает под водой, а затем взмахами крыльев выходит в воздух и продолжает полёт.
Одна машина для двух стихий
Сложность в том, что вода плотнее воздуха почти в 1000 раз, и двигаться в каждой из сред нужно совершенно по-разному. Логично предположить, что одному аппарату это не под силу.
Но решение подсказала природа. Такие птицы, как тупики, стремительно летают по воздуху, а под водой ныряют и плавают со скоростью до 3 м/с. Раз это возможно для живого организма, значит, реализуемо и в технике — просто никем не реализовано в мобильном роботе. Компания MIT исправила это, создав аппарат весом всего-то 300 г. У него есть корпус, два гибких машущих крыла и подвижный хвост, меняющий угол наклона, чтобы уходить вверх или нырять. Крылья сделаны из тонких мембран с водоотталкивающим нанопокрытием, отводящим воду.
Что показали испытания на озере
Для понимания механики ныряющих птиц команда собрала данные по тупикам, буревестникам и зимородкам. Выяснилось, что мелкие птицы машут крыльями около 10 раз в секунду в воздухе и 4 раза — под водой. На эти частоты и настроили робота. Сначала его испытали в ведре, потом на Женевском озере. Результаты по ключевым показателям:
- Под водой аппарат плывёт со скоростью почти 1 м/с при 5 взмахах в секунду.
- В воздухе разгонялся до 6 м/с при похожей частоте взмахов.
- Лучше всего переходы удавались со средними крыльями шириной 80 см из трёх опробованных наборов (60, 80 и 100 см).
На практике пришлось долго подбирать соотношение гибкости и жёсткости крыла: оно должно быть достаточно податливым, чтобы уменьшать размах в воде, и жёстким, чтобы держать аппарат в воздухе. А чтобы выскочить из воды, робот наклонялся под углом 70° — так кончики крыльев не задевали поверхность при взмахе. Наклон круче — и аппарат опрокидывался обратно в воду.
Взлёт без лап — неожиданный вывод
Самое интересное открытие касается взлёта. Когда тупики или утки поднимаются с воды, они не только машут крыльями и работают хвостом, но и активно гребут лапами. Казалось бы, роботу нужно то же самое, но нет. Комбинация из размера крыльев, частоты взмахов и угла наклона хвоста позволила аппарату выходить из воды без гребка лапами — их просто нет.
Применение аппарат найдёт в океанологии: он долетает до нужного места — айсберга, порта, стаи китов, — ныряет, берёт пробу, делает замер или снимает видео. Но прежде ему придётся пройти испытания в турбулентных условиях — на волнах и ветру, а значит, пережить десятки усовершенствований. А где бы вы применили такого робота: для проведения наблюдений или поиска рыбных мест?
