Большинство летающих насекомых на планете имеет по четыре крыла. Такая конструкция обеспечивает им великолепную маневренность и полный контроль над направлением полета. В последние годы инженеры робототехники пытаются воссоздать модель полета насекомого, но эта задача намного труднее, чем может показаться на первый взгляд.
Один из самых маленьких летающих роботов в мире - дрон RoboBee, разработанный еще в 2013 году в Гарвардском университете. Робот весил всего 75 миллиграммов, но имел серьезный недостаток конструкции. Он поднимался в воздух при помощи двух крыльев, приводимых в действие крохотными исполнительными механизмами. По сути, именно благодаря созданию этих исполнительных механизмов конструкция RoboBee стала возможной.
Увы, как показали испытания, двух крыльев недостаточно. RoboBee был способен подниматься в воздух, но и только. Крохотная машина оказалась неспособной противостоять дуновениям ветра или маневрировать. При малейшем отклонении робот просто опрокидывался в воздухе. Потому последние шесть лет инженеры Гарварда искали способ решить эту проблему.
Теоретически, стабильность полета RoboBee можно было повысить, добавив ему еще пару крыльев. Но в этом случае машина становилась слишком тяжелой. К счастью, инженерам из Университета Южной Калифорнии удалось создать исполнительные механизмы вдвое легче тех, что использовались в RoboBee.
Электрические мускулы
Исполнительные механизмы RoboBee 2013 назывались “биоморфными”. Они состояли из двух слоев пьезоэлектрического материала, разделенных пассивным слоем. Под воздействием электрических разрядов пьезоэлектрические слои поочередно сокращались, передавая колебания на крыло. Таким образом, система работала на манер “электрических мускулов”.
Теперь инженеры смогли упростить систему. Новые приводы называются “униморфными”. Они используют всего один пьезоэлектрический слой, прикрепленный к пассивному. Это также позволяет передавать колебания на крыло, но главное - новая конструкция почти вдвое легче. Если два исполнительных механизма образца 2013 года весили 50 миллиграммов, то четыре новых привода - всего 56 миллиграммов.
Это позволило создать улучшенного четырехкрылого робота Bee+ с размахом крыльев 33 миллиметра. Общий вес новой машины составил 95 миллиграммов, но нагрузка на каждое крыло существенно снизилась. Таким образом, новый робот стал не только более стабильным в полете, но и более надежным и долговечным в плане конструкции.
Увы, робот все еще летает “на привязи” - установить на него аккумуляторы просто не представляется возможным. Пожалуй, эту проблему можно будет решить лишь с появлением более легких и емких батарей. Впрочем, в плане конструкции ученым также есть куда стремится. С весом в 95 миллиграммов Bee+ является одним из самых маленьких летающих роботов в мире. но в сравнении с живыми насекомыми он - настоящий гигант. Для сравнения, живой шмель весит всего 10 миллиграммов и в аккумуляторах не нуждается.
Почему это важно?
Развитие микроскопической робототехники может иметь жизненно-важное значение для нашей цивилизации. Во-первых, такие роботы станут идеальными помощниками в ходе поисково-спасательных операций. Исследуя труднодоступные места и забираясь под завалы, роботы-насекомые будут спасать тысячи человеческих жизней.
Во-вторых, такие роботы, будучи идеальными шпионами, наверняка, заинтересуют военных,
Но по-настоящему полезными такие машины могут стать в будущем. В феврале мы рассказывали о тревожных прогнозах ученых касательно судьбы насекомых. Напомним, глобальная масса насекомых на планете сокращается примерно на 2,5% ежегодно, так что к концу столетия они могут вымереть полностью. Если этот процесс не удастся остановить, насекомых придется чем-то заменять. Они играют критически важную роль в жизненных циклах многих растений. Потому ученые уже сейчас задумываются над созданием роботов, которые будут заниматься опылением, когда других вариантов не останется.
