Разработанной американскими инженерами «робопчеле» нестрашны столкновения со стенами и потолком

Американские инженеры создали миниатюрного летающего робота, способного совершать продолжительный управляемый полет. Он оснащен крыльями, приводимыми в движение мягкими актуаторами, которые сокращаются под действием электрического поля — и которым нестрашны столкновения со стенами и потолком. Статья о роботе опубликована в журнале Nature.

Отметим, что на протяжении последних лет разные группы инженеров разрабатывают микророботов. На текущем уровне развития технологий это технически крайне сложная задача, потому что в миниатюрном корпусе устройства необходимо объединить двигательный механизм, плату управления, источник питания или систему приема энергии извне.

Вместе с тем, если инженеры берутся за разработку летающего микроробота, то эта задача становится еще сложнее, поскольку при этом возникает ограничение по массе, а также необходимость в достаточно быстрых и легких актуаторах. Работающие прототипы «робопчел» массой в несколько сотен миллиграммов уже существуют, однако во всех этих роботах используются пьезоэлектрические актуаторы, которые довольно удобны благодаря небольшим размеру и массе, но имеют ограниченную устойчивость к ударам. А она важна, учитывая, что пока такие роботы летают достаточно нестабильно. Инженеры из Гарвардского университета взялись решить эту проблему и разработали «робопчелу», в которой применяются мягкие диэлектрические актуаторы.

Как сообщается, в основе инновационной робопчелы лежит базовый элемент, состоящий из одного цилиндрического актуатора массой 100 мг и двух крыльев в торцах. Крылья закреплены одновременно к актуатору и к раме и при сокращении актуатора двигаются в одну сторону, а при его расширении — в другую. Используемый актуатор состоит из диэлектрического эластомера, который меняет свою форму под действием электрического поля. Во время экспериментов актуаторы работали при напряжении от 800 до 1400 вольт с частотой до 500 Гц — с такой же частотой работают среднестатистические твердые актуаторы.

Из таких базовых элементов с двумя крыльями инженеры собрали несколько прототипов, у которых имеется от двух до восьми крыльев. Прототип с двумя крыльями способен взлететь с земли, но после этого инженеры теряют над ним контроль и он падает. Прототип с четырьмя крыльями может находиться в воздухе продолжительное время и лететь в выбранную сторону. Наконец, восьмикрылый аппарат, имеющий массу 660 мг, способен стабильно зависать в воздухе и даже поворачиваться. Электроэнергия для работы устройств в настоящее время подается по проводам.

Авторы экспериментально продемонстрировали, что созданные ими робопчелы могут сталкиваться со стенами или другими роботами без повреждения крыльев и других элементов. Кроме того, отслеживая параметры работы актуаторов и фиксируя изменения в них, исследователям удавалось обнаруживать факт столкновения удаленно, не имея визуального контакта с аппаратом.

В дальнейшем ученые планируют заняться совершенствованием мягких актуаторов — в частности, они намерены повысить их эффективность, поскольку в настоящее время в этом отношении мягкие актуаторы проигрывают своим твердым «собратьям».

По мнению исследователей, в будущем разработанное ими решение может найти применение при создании дронов для поисково-спасательных работ, которые смогут без проблем летать среди обломков и в замкнутых пространствах, не боясь столкновений.

Источник: N+1