Исследователи из Сингапурского университета технологий и дизайна (SUTD) разработали необычного робота ALBATROSS, который способен самостоятельно спускаться с высоты, приземляться на воду и затем передвигаться по её поверхности под действием ветра. Новая платформа предназначена для наблюдения за труднодоступными морскими районами, куда исследовательским судам приходится добираться слишком долго, а самолёты и беспилотники не могут оставаться надолго.
Главная особенность разработки — сочетание двух способов передвижения в одной конструкции. Робот использует одни и те же жёсткие крылья сначала для замедления падения, а затем в качестве парусов. Такой подход позволяет обойтись без отдельного парашюта и сложного механизма трансформации.
Как работает робот ALBATROSS
Название ALBATROSS расшифровывается как Airborne Lander with Buoyant AuToROtating Sailing Sensor — летающая платформа с плавучим корпусом, авторотационным спуском и парусной системой для сбора данных.
Разработчики вдохновлялись природными механизмами движения. В частности, спуск робота напоминает падение кленового семени: вращаясь в воздухе, оно постепенно теряет высоту и движется к земле относительно плавно.
У ALBATROSS два жёстких крыла-паруса. Во время спуска они обеспечивают пассивную авторотацию — вращение конструкции без необходимости постоянно приводить её в движение отдельным двигателем. Это помогает стабилизировать аппарат и снизить скорость падения перед контактом с водой.
После приводнения робот самостоятельно возвращается в нормальное положение благодаря продуманному распределению массы и низкому центру тяжести. Затем крылья начинают выполнять вторую функцию: превращаются в паруса, улавливающие ветер и обеспечивающие движение по водной поверхности.
Для управления курсом предусмотрен руль, напоминающий рыбий хвост. Система автономной навигации позволяет роботу следовать между заранее заданными контрольными точками без постоянного вмешательства оператора.
При этом конструкция остаётся сравнительно простой: ALBATROSS использует всего три исполнительных механизма и три навигационных датчика. Для сравнения, в некоторых других гибридных воздушно-водных роботах применяют от шести до восьми исполнительных механизмов и более сложные комплексы датчиков.
Испытания: спуск со 150 метров и автономное плавание
Чтобы проверить работоспособность концепции, исследователи сбрасывали прототип ALBATROSS с высоты 150 метров. Аппарат стабилизировался во время вращательного спуска, мягко коснулся воды, самостоятельно выровнялся и начал движение без посторонней помощи.
По расчётам команды, конструкция без системы авторотации при ударе о воду испытала бы примерно в 18,5 раза большую энергию удара. Это наглядно демонстрирует, насколько важен контролируемый спуск для устройства, которому предстоит переходить из воздушной среды в водную.
Затем учёные испытали более крупный прототип на водоёмах в Сингапуре. Робот достиг максимальной скорости около 1 км/ч и проработал примерно три часа, собирая данные об окружающей среде.
Бортовые датчики измеряли влажность, температурные показатели и направление ветра. Эти сведения позволяют оценивать условия в районе наблюдения и демонстрируют потенциал платформы для длительного автономного мониторинга.
Однако пока рано считать ALBATROSS готовым к полноценной эксплуатации в открытом море. Испытания проводились в относительно защищённых условиях водохранилищ, где воздействие волн, течений и сильного ветра ограничено.
Зачем нужны роботы, способные приземляться на воду
Наблюдение за удалёнными участками океана связано с непростой логистикой. Исследовательское судно может долго собирать данные в заданном районе, но сначала ему необходимо туда добраться. Самолёт преодолевает большие расстояния значительно быстрее, однако не способен часами или днями выполнять наблюдения над одной и той же акваторией без дополнительных затрат.
ALBATROSS призван объединить преимущества обоих подходов: быстро доставляться по воздуху и продолжать работу на воде, используя энергию ветра.
В перспективе подобные устройства могут применяться для мониторинга состояния океана, изучения изменения климата, поисково-спасательных операций и обеспечения морской безопасности. Благодаря автономной навигации и ветровому движению они потенциально смогут собирать данные в районах, куда трудно регулярно направлять исследовательские суда.
Ещё одно преимущество — возможность масштабирования. Если производство таких платформ удастся сделать достаточно экономичным, вместо одного дорогостоящего аппарата можно будет использовать целую группу роботов, распределённых по большой территории.
Что изменится в следующих версиях
Следующий этап работы — подготовка конструкции к эксплуатации в более суровых морских условиях. Как отмечает Фун Шаохуэй (Foong Shaohui), заместитель руководителя направления разработки инженерных продуктов в SUTD, исследователям предстоит повысить прочность и долговечность платформы, чтобы она могла выдерживать более сильные волны, ветер и течения.
Также планируется расширить набор оборудования. Будущие версии ALBATROSS могут получить подводные датчики и сонар — акустическую систему, позволяющую обнаруживать объекты и исследовать подводное пространство. Кроме того, разработчики рассматривают возможность установки более ёмких систем накопления энергии.
Ведущий автор исследования Шейн Кьи Хла Вин (Shane Kyi Hla Win) подчёркивает, что идея заключается в использовании окружающей среды, а не в попытке постоянно преодолевать её воздействие. Вращение помогает роботу безопасно спускаться, распределение массы — выравниваться на воде, а ветер — двигаться без постоянного расходования энергии на тягу.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Robotics.
ALBATROSS пока остаётся экспериментальной разработкой, но уже демонстрирует интересный инженерный принцип: если одна и та же деталь способна выполнять несколько задач, сложную систему можно сделать легче, проще и потенциально дешевле. Возможно, именно такие автономные парусные роботы однажды помогут учёным внимательнее следить за огромными пространствами мирового океана.
