Американский инженер создал четырехкрылого летающего робота, масса которого составляет менее 150 милиграммов. Управление амплитудой взмахов крыльев позволяет наклонять и поворачивать робота вдоль трех осей.

Масса полезной нагрузки такого робота составляет 262 миллиграмма, чего должно быть достаточно для придания ему автономности с помощью небольшого аккумулятора или ионистора, рассказывает автор статьи в IEEE Robotics and Automation Letters.

На сегодняшний день большинство роботов имеют массу от сотен граммов и выше, а также соответствующий размер. Это позволяет им выполнять полезные для человека задачи, к примеру, перевозить посылки . Но для некоторых применений такой размер избыточен, поэтому инженеры также разрабатывают и микророботов, масса которых, как правило, составляет менее грамма. Такие роботы могут выполнять задачи, которые сложно осуществлять с помощью других инструментов. Например, в прошлом году Rolls-Royce разработала концепцию микророботов, обследующих авиадвигатели изнутри, а инженеры из Гарварда недавно показали реальный прототип микроробота для выполнения этой задачи.

На текущем этапе развития технологий создание таких роботов — крайне сложная задача, потому что в столь небольшом устройстве необходимо объединить множество компонентов, в том числе двигатели или актуаторы, устройства для накопления и преобразования энергии, а также микросхему для управления. Еще более сложной эта задача становится при разработке летающих роботов, потому что они сталкиваются с еще более жестким ограничением по массе.

Инженеры из Гарвардского университета уже несколько лет создают летающих микророботов, способных летать, прилипать к листьям, нырять под воду и выныривать из нее с помощью управляемого взрыва. Однако все эти разработки не способны поддерживать полет без получения энергии через провод.

Один из участников этой группы инженеров, Сойер Фуллер (Sawyer Fuller) из Вашингтонского университета, разработал новую версию летающего микроробота, умеющего маневрировать в нужном направлении, а также потенциально способного нести на себе электронику для автономного полета. Он построен по крестовой схеме аналогичной той, которая используется в квадрокоптерах, но на концах плеч закреплены не роторы, а крылья. Поскольку разместить в таком небольшом и легком роботе электромоторы невозможно, вместо них в основании каждого крыла расположен конец пьезоэлектрического актуатора, отклоняющий крыло в ту или иную сторону. Во время полета все актуаторы двигаются с одинаковой частотой 160 герц, однако амплитуду их движения можно менять.

Неравномерное распределение амплитуды по крыльям приводит к неравномерному распределению тяги. Благодаря регулировке распределения тяги можно управлять маневрами робота. При увеличении тяги на одном актуаторе и уменьшении на противоположном можно управлять креном и тангажом. Для управления рысканьем используется другая схема. Для этого необходимо увеличить скорость движения каждого крыла в одну сторону и уменьшить скорость движения в обратную.

Схема маневрирования с помощью перераспределения тяги крыльев / University of Washington

Во время экспериментов робот мог зависать на месте, используя внешнее управление с визуальной системой отслеживания движений. Кроме того, инженеру удалось успешно протестировать все три вида маневров. Также эксперименты показали, что робот способен подниматься в воздух с нагрузкой массой 262 миллиграмма. Расчеты инженера показывают, что масса необходимых для автономного полета ионисторов, преобразователя напряжения и микроконтроллера для управления питанием составляет 260 миллиграммов. В будущем автор планирует оснастить робота такой системой и показать полностью энергонезависимый полет.

В прошлом году Фуллер с коллегами показал летающего робота с двумя крыльями, который способен подниматься в воздух без использования провода для передачи энергии. Правда, полностью автономным такого робота назвать нельзя, потому что он получает энергию из лазерного луча. Для этого в его верхней части расположена фотовольтаическая панель мощностью 250 милливатт.