Исследовательская группа Массачусетского технологического института (MIT) в США успешно разработала нового микроробота, вдохновленного морскими птицами. Робот способен летать в воздухе и нырять под воду, используя один и тот же набор крыльев, и ему не нужно полагаться на какое-либо дополнительное механическое оборудование при переключении между двумя средами. Он может совершить кросс-медийный прыжок из-под воды в воздух менее чем за одну секунду.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Science и получены из лаборатории инженера-механика Массачусетского технологического института Рафаэля Зуфери. В природе ныряющие морские птицы, такие как тупики, могут идеально сочетать полет и плавание, даже несмотря на то, что они сталкиваются с воздухом и водой — двумя средами с совершенно разными физическими свойствами. Зуфайр сказал, что с инженерной точки зрения разработка крыла, которое могло бы эффективно работать как в воздухе, так и в воде, в прошлом казалась немыслимой.
Этот инновационный робот-амфибия весит всего около полфунта (около 0,23 килограмма) и имеет размах крыльев почти три фута (около 0,9 метра). Чтобы избежать ненужной механической сложности, команда исследований и разработок сделала смелые сокращения в конструкции. Сначала робот полностью отказывается от ног. Морские птицы в природе часто полагаются на свои ноги, толкая воду и помогая взлететь, но для роботов добавление ног означает более сложные механические проблемы. Поэтому команда решила напрямую использовать энергию, вырабатываемую крыльями, чтобы поднять робота из воды.
Во-вторых, от настоящих морских птиц он отличается еще и конструкцией крыльев. Многие ныряющие птицы при нырянии складывают крылья. Чтобы избежать добавления дополнительных соединений и двигателей, исследователи решили эту проблему, сделав крылья более гибкими. Крылья робота изготовлены из полупрозрачной нейлоновой ткани и усилены стойками из углеродного волокна. Такое сочетание материалов придает крыльям достаточную прочность, чтобы адаптироваться к сопротивлению потока воздуха и воды. При полете в воздухе его крылья могут непрерывно взмахивать пять-шесть раз в секунду; Чтобы вырваться из воды, робот мгновенно увеличивает частоту взмахов руками примерно до десяти раз в секунду, чтобы генерировать достаточную силу разрушения воды.
Помимо крыльев, уникальной является и структура тела робота. Его центральная структура имеет открытую конструкцию с прямым доступом к внутренним компонентам. Исследовательская группа не герметизировала всю систему целиком, а провела индивидуальную гидроизоляцию каждого компонента. Зуфайр объяснил, что такая конструкция позволяет воде заполнять всю систему, что не только делает робота достаточно легким для полета, но также сохраняет нейтральную плавучесть под водой, чтобы он не дрейфовал вслепую в воде или не тонул.
Во время полевых испытаний на Женевском озере робот продемонстрировал впечатляющие характеристики. На видеозаписи видно, что на поверхности воды была лишь слабая рябь, а робот менее чем за секунду вырвался из воды и взмыл прямо в воздух.
Гленна Клифтон, биолог по движению животных из Портлендского университета, не принимавшая участия в проекте, высоко оценила результаты. Клифтон считает, что этот робот — не только выдающееся инженерное достижение, но и ценный инструмент научных исследований. Это прекрасно объясняет, как биология вдохновляет робототехнику, а робототехника, в свою очередь, помогает людям глубже понять механизм биологического движения.
Что касается будущих перспектив применения, исследовательская группа заявила, что эта технология имеет большой потенциал в реальных сценариях. Робот, который может летать в далекие моря, приземляться и нырять в воду для сбора данных, будет чрезвычайно полезен для мониторинга прибрежной среды, например, для отслеживания цветения водорослей, наблюдения за морской жизнью или изучения эволюции береговых линий.
В настоящее время ожидается, что робот пролетит почти четыре мили (приблизительно 6,4 километра) на одной зарядке или проплывет более мили (приблизительно 1,6 километра) под водой. Клифтон отметил, что возможность поддерживать такие превосходные характеристики при учете двух экстремальных условий и свободно переключаться между ними, несомненно, является знаковым шагом в области морских и воздушных межмедийных роботов.
Проект разрабатывался около двух лет. Сообщается, что в настоящее время команда работает над обновлениями и улучшениями. Ожидается, что будущие версии будут оснащены более профессиональными датчиками для сбора данных и дальнейшей оптимизации алгоритмов движения.