Перейти к основному содержанию
Реклама
Прямой эфир
Армия
Силы ПВО за сутки сбили почти 1,3 тыс. украинских беспилотников в зоне СВО
Мир
Захарова призвала Рим прислушаться к словам Аль Бано о диалоге с РФ
Мир
Протестующие в Праге попытались прорваться в парламент Чехии
Общество
Лантратова сообщила о нехватке инсулина в Алешках
Армия
ВС РФ сбили дроны Hornet американского производства над трассой «Новороссия»
Мир
Более 100 латиноамериканских боевиков ВСУ оказались связаны с наркотрафиком
Мир
Посольство РФ в Италии порекомендовало россиянам избегать мест беспорядков
Мир
В конгресс США внесли законопроект имени Рейгана об отмене дизельной сделки с РФ
Мир
В МИД России заявили о намерении добиваться восстановления авторитета ООН
Мир
Арестованный в Индии танкер Unity с россиянами отбуксировали к берегу
Мир
В Германии призвали Мерца прекратить враждебную риторику в адрес России
Общество
Мошенники начали предлагать россиянам оформить загранпаспорт за несколько дней
Мир
Рубио призвал жителей Кубы сотрудничать с ЦРУ ради «перемен»
Происшествия
В Кузбассе произошло землетрясение магнитудой 4,9
Мир
Ким Чен Ын заявил о цели построить мощнейшую армию
Мир
Репкин назвал невозможной денуклеаризацию КНДР из-за действий США
Мир
Главы МИД четырех стран призвали восстановить судоходство в Ормузском проливе
Происшествия
В Ростове-на-Дону из-за падения обломков БПЛА получил повреждения 21 автобус

Шмели сумели: робот-насекомое сможет опылять растения и вести разведку

Какие технические преимущества для БПЛА открывает аэродинамика летающего насекомого
0
EN
Фото: ИЗВЕСТИЯ/Дмитрий Коротаев
Озвучить текст
Выделить главное
Вкл
Выкл

Российским ученым удалось воспроизвести особенности полета шмеля в алгоритме для мини-роботов с машущими крыльями. Это позволяет миниатюрному дрону сохранять устойчивость даже при сильных порывах ветра. Технология может использоваться для выполнения различных задач — от опыления растений до проведения разведки и мониторинга. Эффективность разработки исследователи подтвердили с помощью виртуальной модели. Вместе с тем эксперты отмечают, что для практического применения предстоит решить еще ряд инженерных задач, в частности разработать компактный и легкий источник питания с достаточным запасом энергии.

Алгоритм полета шмеля

Ученые МФТИ и Сколтеха разработали алгоритм стабилизации в воздухе миниатюрных роботов с машущими крыльями. Он копирует особенности полета шмеля и за счет этого сохраняет устойчивость дрона даже при сильных порывах ветра. Благодаря новой технологии подобные устройства смогут решать сложные задачи: проникать в завалы после катастроф, опылять растения в теплицах и вести разведку. Ученые подтвердили устойчивость в испытаниях на цифровой модели.

— Если разработка заинтересует потенциальных заказчиков, мы сможем собрать прототип мини-БПЛА. На это понадобится от полугода. Сейчас подобный прототип есть у китайских разработчиков, однако он отличается низкой устойчивостью в полете. Других готовых решений и комплектующих нет. При этом для создания полноценного аппарата предстоит решить еще ряд технических задач. Самая сложная из них — источник питания, так как батарейки слишком тяжелые. Возможно, решением станет внешнее питание по проводку, — рассказал «Известиям» доцент кафедры информатики и вычислительной математики МФТИ, руководитель исследовательской группы Центра ИИ Сколтеха Николай Ефанов.

Шмели — одни из самых маневренных насекомых в природе. Они способны мгновенно зависать в воздухе, выполнять резкие развороты практически на месте, переворачиваться и лететь в любом направлении, почти мгновенно ускоряясь и тормозя. Секрет таких возможностей заключается в вихревой аэродинамике: при каждом взмахе крыльев формируются устойчивые вихревые структуры, создающие подъемную силу.

Однако сам по себе машущий полет остается крайне неустойчивым. В природе нервная система шмеля непрерывно обрабатывает сигналы, поступающие от глаз, усиков и органов равновесия, и мгновенно корректирует движения крыльев. При попытке воспроизвести такую аэродинамику в роботе или его цифровой модели эта естественная система стабилизации отсутствует, поэтому аппарат теряет устойчивость даже при незначительных порывах ветра.

В рамках исследования ученые разработали алгоритм стабилизации полета для миниатюрных роботов с машущими крыльями, а также создали вычислительную среду, позволяющую испытывать различные системы управления в условиях порывистого ветра.

— Ранее мы разработали аэродинамическую модель, которая позволяет рассчитывать силы, создаваемые крыльями, и валидировали ее по скоростной видеосъемке полетов шмелей. Разработанный в нашем новом исследовании алгоритм управления позволит проверить гипотезы о том, какие каналы управления и какая сенсорика необходима для стабилизации полета, — сказал доцент Центра технологий материалов Сколтех Дмитрий Коломенский.

Система стабилизации управляет тремя ключевыми параметрами движения крыла: амплитудой взмаха, средним положением траектории и углом поворота крыла вокруг собственной оси. На каждом шаге алгоритм рассчитывает, как изменить эти параметры, чтобы сохранить заданную скорость полета и как можно быстрее вернуть аппарат к устойчивому движению после внешнего возмущения.

Внедрение алгоритма полета шмеля в практику

Эффективность алгоритма проверили в цифровой аэродинамической трубе, где виртуального шмеля запускали с сильным вертикальным порывом ветра. Новый гибридный алгоритм стабилизировал полет даже при ударах, сила которых в полтора раза превышала собственный вес управляемого объекта. Время стабилизации в таких условиях составило от трех до шести секунд.

— Наш метод позволяет роботу сохранять устойчивый полет в гораздо более широком диапазоне условий. Это особенно важно для микроустройств, которым предстоит работать в экстремальной среде: между деревьями, внутри зданий, в поисково-спасательных операциях, при мониторинге инфраструктуры или опылении растений в теплицах, — добавил Николай Ефанов.

Стабильность, которую удалось воспроизвести на основе аэродинамики шмеля, — это главный шаг от красивой модели к реально полезному микророботу, отметил эксперт рынка НТИ «Аэронет» Артем Богатырев. Для таких аппаратов важно уметь быстро восстанавливать равновесие после внешнего воздействия, например порыва ветра, сдвига воздуха, столкновения с препятствием. Чем устойчивее полет, тем выше шанс, что робот сможет выполнять задачу не только в идеальных лабораторных условиях, но и в реальной среде.

— У таких дронов очень широкий диапазон применения. Насекомоподобные роботы особенно интересны там, где нужно проникать в узкие или опасные пространства — в завалы после аварий, внутрь разрушенных зданий, в плотную растительность, в теплицы или другие труднодоступные зоны. Более крупные крылатые роботы уже могут решать задачи мониторинга, наблюдения, поиска, а также переносить более тяжелую полезную нагрузку. То есть маленькие версии хороши для разведки и работы в ограниченном пространстве, а более крупные — для задач, где важны дальность, устойчивость и возможность нести датчики или оборудование, — полагает он.

Сама идея робошмеля хороша тем, что открывает сразу несколько вариантов применения — от миниатюрной точечной работы до более серьезных прикладных сценариев, подчеркнул эксперт.

Аэродинамика летающих насекомых для создания БПЛА, в отличие от аэродинамики птиц, описана очень слабо. Поэтому работа специалистов МФТИ представляет высокую научную ценность, отметил главный конструктор ЦКБР Дмитрий Кузякин.

— Сейчас предел миниатюризации квадрокоптеров — три дюйма. При меньших размерах их эффективность заметно снижается. Однако использовать в дроне аэродинамику шмеля на практике пока не удается — прежде всего из-за отсутствия малого источника питания, — сказал он.шмель

По словам эксперта, даже если в будущем появятся принципиально новые источники энергии, например ядерные или биологические, останется еще одна серьезная проблема — размещение на борту достаточно производительной системы искусственного интеллекта.

Читайте также
Прямой эфир