Prvý robot svojho druhu sa vo vesmíre pohybuje ako netopier. Bionický netopier dobýva vzduch: Video dizajnové prvky robotického netopiera

Nedávno sme hovorili o takom zázraku technológie, akým je dron prispôsobený na odstraňovanie ľadu z vrtúľ veterných turbín, ktoré vyrábajú elektrinu. Stroj s 36 vrtuľami je schopný zdvihnúť až 200 kg nákladu a vykonávať zložité práce s ľahkosťou akrobata vo veľkých výškach.

Stáva sa to takto:

Toto lietadlo má však jednu vážnu chybu: vypnite elektrinu a spadne ako kameň. Čo robiť, aby sa to nestalo? Na túto otázku odpovedajú vedci, programátori a inžinieri, ktorí zostrojili umelý, ktorý presne kopíruje tvar a motorické schopnosti skutočného netopiera.

Kto, ak nie príroda, vie, ako sa najlepšie prispôsobiť prostrediu? Milióny rokov evolúcie neboli márne. Vezmime si napríklad toho istého netopiera. Tento tvor chiroptera začal používať radary na identifikáciu prekážok oveľa skôr ako Tesla, v tme vidí dokonale, stokrát lepšie ako najmodernejšie moderné autá, čo dokázala nedávna tragická udalosť, ktorá sa stala s autom Volvo vybavené autopilot od Uberu. Auto muža zrazilo, ale netopier nie.

Tieto zaujímavé stvorenia dokážu lietať aj v stiesnených priestoroch, rýchlo manévrovať a spať hore nohami.

A prečo sa ľudia nesnažia kopírovať to, čo už urobila príroda? Všetko je už pripravené.

Z technického hľadiska nie je pre moderné inžinierstvo pri výrobe bionického lietadla nič zvlášť ťažké. Robot s oficiálnym názvom „Bionic Flying Fox“ bol postavený na ľahkom, prakticky beztiažovom ráme, rámy sú pokryté jedinečnou membránou pre krídla so 40 000 upevňovacími bodmi, vďaka ktorým je umelá „koža“ ľahká a pevná zároveň. . Batérie, prevodovka a elektronické „mozgy“ sú vložené do plastového tela, ktoré má obdobu strojového učenia a je schopné vydávať príkazy pre poloautonómny let.

Je nepravdepodobné, že tento konkrétny robot niekedy uzrie svetlo sveta z hľadiska komerčného využitia, ale to je zatiaľ všetko. Len s niekoľkými jednoduchými materiálmi je možné postaviť zložité lietadlo, ktoré úspešne napodobňuje ladné pohyby živého tvora.

Jednou z najťažších výziev, ktorým čelia vývojári autonómnych robotov, je rýchle zmapovanie neznámej oblasti počas jej prvého prechodu. Ale takúto úlohu ľahko splnia napríklad netopiere, pomocou echolokácie alebo priestorovej orientácie pomocou zvukov.

Echolokácia v prírode je jednou z najpôsobivejších, založená na odraze zvukových vĺn a ich vnímaní živými organizmami. Používajú ho piskory, nočné motýle, niektoré plutvonožce a dokonca aj vtáky. Vďaka týmto schopnostiam sa zvieratá môžu ľahko orientovať tam, kde je málo alebo žiadne slnečné svetlo.

Teraz, vďaka úsiliu tímu izraelských inžinierov z Tel Avivskej univerzity, vedeného Itamarom Eliakimom, echolokácia pomáha novému autonómnemu robotovi dobyť neprebádané priestory. Vychádzali z princípu, ktorý netopiere využívajú pri navigácii. Zariadenie dostalo príslušný názov - Robat.

Netopiere vysielajú ultrazvukový signál, ktorý je pre nich nepočuteľný ľudské ucho a zachytávajte ozvenu odrazenú od prekážok. Zároveň vždy presne vedia, kde je vetva, kde je hmyz a kde je prázdna stena. Predchádzajúce pokusy o využitie echolokácie v robotike sa obmedzili na inštaláciu sonarov – technických zariadení, ktoré pomáhajú odhaliť rôzne predmety pod vodou. Navigačné zariadenie robota sa líši od predchádzajúcich technologických riešení a napodobňuje biologické vlastnosti netopierov.

Nový robot je vybavený ultrazvukovým reproduktorom, ktorý vysiela signály v rovnakom frekvenčnom rozsahu ako netopiere (približne 20 až 120 kHz). Okrem toho má zariadenie dva ultrazvukové mikrofóny, ktoré simulujú uši zvierat. Robot sa pohybuje v neznámom prostredí iba pomocou odrazeného zvukového signálu.

Určuje hranice objektov, ktoré sa vyskytujú na ceste, a klasifikuje ich pomocou . Výsledkom je, že v „mozgu“ stroja a podrobná mapa životné prostredie. Robot napríklad pri jednom teste úspešne určil, či mu v ceste stojí nepriechodná stena alebo rastlina, cez ktorú môže prejsť.

Podrobný popis sľubného vynálezu zverejnili autori v publikácii PLOS Computational Biology.

Mimochodom, Robat nie je prvé zariadenie inšpirované schopnosťami netopierov. Už predtým autori projektu Vesti.Nauka (nauka.site) písali o tých, ktoré prezentovali iné tímy a. Je pravda, že tieto zariadenia sa nemohli pochváliť echolokáciou.

Svet zvierat je plný nápadov, ktoré široko a úspešne využívajú špecialisti v oblasti robotiky. Živými príkladmi sú roboty SALTO, Robirds, MuddyBot, WildCat, Octobot a mnoho ďalších neobvyklých robotických zariadení. A nedávno bola táto séria doplnená o ďalšieho člena, Bat Bot, robotický netopier vytvorený špecialistami z California Institute of Technology a University of Illinois. Mäkké krídla tohto robota sú bezpečnejšou alternatívou ako pre samotného robota, tak aj pre životné prostredie v porovnaní s tvrdými čepeľami kvadrokoptér a iných. lietadla. A po druhé, robot Bat Bot má všetky vynikajúce letové schopnosti svojho živého „prototypu“.

Zo siluet rýchlo blikajúcich na tmavej oblohe nie je možné rozoznať, že netopiere používajú pomerne zložitý pohybový aparát, ktorý im umožňuje vykonávať všetky prvky ich „vzdušnej akrobacie“. Vzhľadom na prítomnosť vysoko pohyblivých kĺbov v ramene a lakťových kĺbov, môže myš dynamicky meniť tvar svojich krídel. Krídlo netopiera môže mať jeden zo 40 známych tvarov, z ktorých každý má svoje aerodynamické vlastnosti, vďaka ktorým sa toto zviera dokáže vo vzduchu ostro otáčať a robiť strmé vrhy nahor alebo nadol.

Robot Bat Bot, ktorý váži 93 gramov s rozpätím krídel 0,3 metra, úplne kopíruje aj tie naj najmenšie vlastnosti let netopierov. Let robota riadia zložité algoritmy bežiace v maličkom palubnom počítači robota, ktoré s pomocou celej sady senzorov umožňujú robotovi lietať úplne nezávisle.

Pri vytváraní robota Bat Bot sa výskumníci stretli s problémom nedostatočnej sily krídel. Mechanizmus krídla musí byť ľahký a zároveň odolný, pružný a pohyblivý, aby umožňoval veľmi rýchle zmeny tvaru krídla pri predvádzaní piruiet vo vzduchu. Výskumníkom sa však podarilo dosiahnuť požadovaný výsledok, čo zase zvýšilo efektivitu letu robota v porovnaní so živým netopierom. Počas letu tvorí najtenšia membrána krídla akúsi kapsu, do ktorej vstupuje „časť“ vzduchu a následne pri intenzívnom pohybe je tento vzduch vytláčaný krídlom v požadovanom smere, čím poskytuje vyššiu zdvíhaciu silu. Po sérii experimentov bol ako najvhodnejší materiál na membránu krídla zvolený najtenší film elastického silikónového kaučuku, ktorého hrúbka je len 54 mikrónov.

Vysoko manévrovateľný Bat Bot môže dosiahnuť miesta, kam sa iné malé lietadlá s pevnými konštrukciami a pevnými listami vrtule nedostanú. Navyše, použitie nákladovo efektívnej metódy vzduchovej kapsy umožní Bat Botovi zostať oveľa dlhšie ako iné lietadlá s batériou porovnateľnej kapacity. Vďaka všetkému vyššie uvedenému je Bat Bot ideálny na použitie v situáciách, keď by ostré hrany čepelí iných zariadení mohli zraniť ľudí uväznených napríklad pri prírodných katastrofách alebo poškodiť niektoré krehké a cenné zariadenia.

Robotická a kybernetická skupina z Polytechnickej univerzity v Madride (Španielsko) predstavila nový mikro-UAV. Dron využíva inovatívny systém umelých svalov vyrobených z materiálov, ktoré sa dokážu sťahovať a sťahovať podobným spôsobom ako svaly netopierov.

Umelá myš zatiaľ lieta len po priamke a vibrácie jej krídel nepresahujú 4 mm. (Tu a nižšie sú fotografie Polytechnickej univerzity v Madride.)
Hovoríme o drone BaTboT, „lietajúcom myšom robotovi“. Uvádza sa, že miniatúrne zariadenie, ktorého tvar krídel možno meniť priamo počas letu, je schopné veľmi efektívneho manévrovania pri nízkych rýchlostiach, čo mu umožní lietať v obmedzenom priestore alebo medzi početnými prekážkami.

Krídla netopierov (jediných cicavcov schopných letu) pozostávajú z viac ako dvoch desiatok nezávislých kĺbov a jedinej tenkej, pružnej membrány natiahnutej cez kostrový systém krídla. Úžasná manévrovateľnosť zvierat je výsledkom kombinácie mávania krídel a súčasného sťahovania a vysúvania tých istých krídel počas letu. Krídlo s takouto variabilnou geometriou zdokonalila evolúcia v priebehu miliónov rokov a pokus o jeho reprodukciu v krátkom čase sa stal pre vedcov skutočnou výzvou. Prijali to a výsledkom bol BaTboT.

Rozpätie krídel tohto mikro-UAV je 50 cm, čo sa vysvetľuje túžbou „zodpovedať prirodzenému prototypu“. A prototypom bola lietajúca líška (Pteropus poliocephalus), jeden z najväčších netopierov na svete. Hmotnosť mikro-UAV bola minimalizovaná, aby sa dosiahol maximálny čas letu na vstavanú lítium-polymérovú batériu.

Na reprodukciu fungovania svalového systému zvieraťa sa vedci museli obrátiť na pomerne zložitú úlohu – namiesto bežných motorov museli napodobniť činnosť svalov živých bytostí. „Svaly“ BaTboT sú vyrobené z drobných vlákien „tkaných“ zo zliatin s tvarovou pamäťou; fungujú rovnako ako biceps a triceps sťahujúci kĺby netopierieho krídla. Každý zo „svalov“ BaTboT váži menej ako 1 g a celková hmotnosť mikro-UAV, ktorý vývojári radšej nazývajú lietajúci robot, je 125 g (vrátane batérií, palubnej elektroniky a pohonov). „Kostra“ ťahá 34 g. Celkový ťah krídla letca je 12,2 g/cm, čas mávania je 300 ms, kmitanie krídla pri mávaní je cca 4 mm. Prúd, ktorý hýbe „svalmi“, má silu 285 mA a napätie 3–5 V.

Mikro UAV rám. Cez ňu je natiahnutá silikónová krycia tkanina hrúbky 0,1 mm.
Údaje o biologických detailoch letu netopierov získali španielski vedci od kolegov z Brown University v Providence (USA). V blízkej budúcnosti autori hodlajú okrem jednoduchého priameho letu prejsť aj na lety s intenzívnym manévrovaním, ktoré nám umožnia zdokonaliť riadiace, navigačné a senzorové systémy. Účelom tejto úpravy je dosiahnuť schopnosť vykonávať autonómne akcie, počas ktorých bude mikrodron schopný zbierať informácie. Ako možné oblasti použitia vedci uvádzajú biologický výskum pri štúdiu netopierov prírodné prostredie biotopov, ako aj kontroly škodcov.

Niet pochýb o tom, že schopnosť zbierať informácie a vysoko manévrovateľný let v uzavretých priestoroch nebudú pre armádu zaujímavé. Pripomeňme, že ešte počas 2. svetovej vojny americké letectvo pracovalo na projekte bombardovania japonských miest netopiermi zhodenými v samorozbaľovacích kontajneroch, pričom každá myš mala batoh so 17-gramovou zápalnou bombou. Testovacie lety boli také úspešné, že samotná testovacia základňa takmer vyhorela...

K definitívnemu zverejneniu prvej etapy projektu by malo dôjsť v tomto roku.

Niekoľko ľudí v súčasnosti vyvíja bioinšpirované zariadenia (robotické mravce, motýle, vtáky). veľké spoločnosti, medzi ne patrí nemecká spoločnosť Festo, ktorej hlavnou oblasťou činnosti je priemyselná automatizácia.

Najnovším počinom nemeckých inžinierov v tomto smere je riadený robot BionicFlyingFox. Na rozdiel od iných modelov opakuje stavbu tela kaloňa – najväčšieho poddruhu netopierov. Podľa vývojárov patrí zariadenie do kategórie „ultraľahkých lietajúcich zariadení s inteligentnou kinematikou“, čo mu dáva predtým nedosiahnuteľné schopnosti.

Aké vlastnosti má lietajúci robot?

Zástupcovia spoločnosti poodhalili rúško tajomstva zverejnením hlavných parametrov nového produktu:

• rozpätie krídel - 228 cm;
• dĺžka – 87 cm;
• hmotnosť - 580 gramov.

Aby bol netopier taký ľahký, membrána krídla je vyrobená z tenkej tkaniny, ktorá je z oboch strán pokrytá dvoma vrstvami vzduchotesnej fólie.

Dizajnové prvky Robot Bat

Okrem membránového materiálu stojí za to venovať pozornosť samotnému krídlu: pozostáva z dvoch vzájomne prepojených rovín. Každá rovina má svoje vlastné motory a riadiacu slučku. Hnacou silou je hlavný jednosmerný motor. Hlavný motor a pomocné motory sú napájané energiou pomocou vstavaného napájacieho zdroja, čo dáva jednotke úplnú autonómiu.

Riadenie je realizované pomocou pozemnej riadiacej stanice, ktorá je prostredníctvom zabudovaných kamier schopná sledovať činnosť jednotky vo vzduchu. S cieľom zjednodušiť operačný proces vývojári predstavili systém umelej inteligencie a samoučenia. Táto funkcia vám umožňuje zlepšiť techniku ​​vykonávania leteckých manévrov. V budúcnosti bude táto technika dovedená k dokonalosti a robotické zvieratá už nebudú vo svojich schopnostiach horšie ako živé prototypy.