11.4М
В Массачусетском технологическом институте разработан «трансмедийный» робот, способный летать и плавать, как ныряющая птица
Инженерам из США и Швейцарии удалось воспроизвести плавный переход между воздухом и водой, что открывает двери для нового класса автономных аппаратов для исследования океана.
Способность непрерывно функционировать в двух столь разных физических средах, как воздух и вода, является одной из самых сложных задач современной инженерии.
В последние годы в уфологии получил распространение термин «транссреда» для описания аномальных объектов, способных пересекать границу между атмосферой и океаном без потери эффективности.
Теперь же науки о Земле сделали значительный шаг в этом направлении, черпая вдохновение из природы. Группа инженеров из Массачусетского технологического института (MIT) и Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL) разработала робота с машущими крыльями, способного плавать под водой, а затем взлетать непосредственно с поверхности для продолжения полета.
Подробности этого достижения были опубликованы в этом месяце в журнале Science.
Прототип, получивший название «Воздушно-водный аппарат с машущими крыльями» (FAAV), весит менее 300 граммов. Его конструкция основана на биомеханике более ста видов ныряющих птиц, таких как тупики и буревестники, которые способны адаптировать свои движения для охоты под водой и возвращения в воздух за считанные секунды.
Проблема плотности, решенная с помощью биологии.
Успешное перемещение сквозь две столь разные среды представляет собой огромную техническую проблему, учитывая, что вода в тысячу раз плотнее воздуха. Традиционно инженеры предполагали, что для обеих сред требуются совершенно разные системы движения.
Однако это новое устройство демонстрирует, что единая гибкая конструкция может адаптироваться к обеим средам.
«Наша мечта — чтобы океанографы, морские биологи и прибрежные сообщества смогли запускать этого робота с судна или с берега. Устройство будет летать в интересующую область, например, к айсбергу, гавани или группе китов, погружаться для проведения измерений или сбора образцов и возвращаться, чтобы передать данные, при этом затраты будут значительно ниже, чем при использовании традиционных методов», — объяснил Рафаэль Зуфферей, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института и руководитель исследования.
Для осуществления этого перехода его команда проанализировала частоту взмахов крыльев различных морских животных. После многочисленных испытаний в озерах и испытательных резервуарах ученые определили, что секрет трансмедиальной навигации заключается в точной гибкости крыльев, которые должны быть достаточно податливыми, чтобы уменьшить сопротивление под водой, и в то же время достаточно жесткими, чтобы поддерживать полет в воздухе.
Вертикальный взлет и гидрофобия
В корпусе робота размещены батарея и водонепроницаемый электродвигатель, приводящий в движение крылья, покрытые гидрофобными наночастицами, отталкивающими воду при всплытии на поверхность. В ходе испытаний прототип продемонстрировал способность плавать со скоростью почти один метр в секунду и летать со скоростью шесть метров в секунду, что точно имитирует характеристики биологических птиц.
Одним из самых примечательных открытий эксперимента стало то, что роботу не нужны дополнительные конечности, чтобы выбраться из воды.
В то время как утки или тупики полагаются на отталкивание перепончатыми лапами от поверхности, чтобы получить сцепление перед взлетом, FAAV обходится без этого механизма.
Наклоняя свое тело под критическим углом в 70 градусов, робот преодолевает поверхностное натяжение, используя только силу взмахов крыльев.
«Если мы посмотрим на птиц, большинству из них нужно отталкиваться лапами, чтобы взлететь. Вопрос заключался в том, понадобится ли это роботам, и оказалось, что нет», — заключает Зуфферей.
В перспективе лаборатория Массачусетского технологического института работает над оптимизацией конструкции, чтобы крылья могли вращаться вокруг своей оси, что позволит аппарату маневрировать в условиях сильной турбулентности, таких как неспокойная вода или сильный ветер.
Это технологическое достижение обещает преобразовать океанологию, обеспечив возможность частых и автоматизированных миссий по отбору проб в районах, которые ранее были слишком опасны для традиционных судов.