Исследователи Массачусетского технологического института представили летающего микроробота, который по скорости и ловкости всё больше напоминает настоящих насекомых. Такая техника может однажды оказаться жизненно важной в зонах бедствий — например, при поиске людей под завалами, куда крупные роботы просто не доберутся.
До недавнего времени микророботы страдали от одной и той же проблемы: они летали медленно, неустойчиво и строго по заданным траекториям. Природная аэродинамика насекомых оставалась недосягаемой. Новый аппарат меняет правила игры — и не просто догоняет природу, а почти сравнивается с ней по манёвренности.
Робот имеет размеры в несколько сантиметров и весит легче скрепки. Он использует мягкие искусственные мышцы, приводящие в движение большие маховые крылья. Благодаря обновлённой конструкции он выполняет резкие повороты, ускоряется за доли секунды и демонстрирует воздушные «трюки», которые раньше были доступны только живым насекомым.
Новая система управления
Однако одного аппаратного прорыва было недостаточно. Для настоящей подвижности требовалась новая «голова» — мощный, но компактный управляющий модуль на основе ИИ. Команда разработала двухуровневый алгоритм.
Первый уровень — модельно-предиктивный контроллер. Он рассчитывает оптимальные траектории, учитывая ограничения по силам и моментам. Такая система может планировать сложные манёвры — от резких виражей до сальто, — но в реальном времени она слишком тяжела для встроенной электроники.
Поэтому второй уровень использует метод имитационного обучения: глубокая нейросеть обучается копировать решения сложного контроллера и выполнять их почти мгновенно. Как отмечает Хау, именно такой процесс обучения стал тем самым секретным ингредиентом технологии.
Рост характеристик впечатляет:
- скорость увеличилась на 447%,
- ускорение — на 255%.
В тестах робот сделал десять сальто за 11 секунд, при этом отклонение от расчётной траектории не превышало пяти сантиметров даже при порывах ветра.
Кроме того, алгоритм позволяет выполнять быстрые рывковые повороты, которые насекомые используют для стабилизации зрения. Это особенно важно для будущих моделей, куда добавят камеры и другие сенсоры.
Следующая цель — дать роботу собственную навигацию, чтобы он перестал зависеть от внешних систем трекинга. Это важный шаг к тому, чтобы такие микродроны смогли работать в реальных условиях. Разработчики отмечают, что роботы-насекомые становятся всё ближе к уровню природных организмов и вполне могут скоро покинуть лаборатории.
Работа опубликована в журнале Science Advances.
