Российские ученые создали робота-шмеля

Полет 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, в том числе опылять растения в теплицах.

«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 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.

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.

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 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 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 <…> или при опылении растений в теплицах», — рассказал 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.

Сама идея робота-шмеля 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 мало, поэтому работа специалистов МФТИ представляет высокую научную ценность, отметил главный конструктор ЦКБР Дмитрий Кузякин.