Представьте дрон, который летает не за счёт пропеллеров или жёстких механизмов, а как настоящая птица — плавно взмахивая гибкими крыльями. И никаких моторов, зубчатых передач или сложных шарниров. Именно такую концепцию разрабатывают инженеры из Ратгерского университета в США. Они назвали её solid-state ornithopter — твёрдотельный орнитоптер.
Вместо традиционных приводов исследователи Xin Shan и Onur Bilgen используют пьезоэлектрические материалы. Когда к ним подаётся напряжение, они мгновенно деформируются, заставляя всё крыло изгибаться и взмахивать. Крыло представляет собой композит: слой пьезоэлектрика (Macro Fiber Composites) и слой углеродного волокна. Углеродное волокно играет роль «костей и перьев», а пьезоэлементы — роль «мышц и нервов».
«Вся поверхность крыла изгибается напрямую, без лишних сочленений, передач или двигателей», — объясняет Онюр Билген.
Преимущества нового подхода
Такой дизайн даёт сразу несколько серьёзных плюсов. Во-первых, робот получается очень лёгким и манёвренным — идеально для полётов в тесных, загромождённых пространствах: городская среда, лес, помещения. Во-вторых, нет механических частей, которые изнашиваются, — значит, выше надёжность и срок службы. В-третьих, движение получается плавным и естественным, как у живых существ.
Учёные создали подробную компьютерную модель, которая позволяет тестировать конструкции, которые пока невозможно собрать физически. «Мы научно показали, что такой орнитоптер возможен при определённых предположениях о материалах», — говорит Билген.
Пока это концепция, но потенциал огромен. Такие аппараты могут использоваться для мониторинга окружающей среды, поиска и спасения, доставки грузов в городе. Интересно, что та же технология может пригодиться и в энергетике: если применять пьезоэлементы для изменения формы лопастей ветряных турбин в реальном времени, можно заметно повысить эффективность выработки энергии.
«Мы не просто копируем природу, — подчёркивает Билген. — Мы хотим превзойти её».
