Американские инженеры создали миниатюрного летающего робота, способного совершать продолжительный управляемый полет. Он оснащен четырьмя парами крыльев, приводимых в движение актуаторами, которые сокращаются под влиянием электрического поля, что и приводит крылья в движение. Статья о роботе опубликована в журнале Nature.

На протяжении последних лет разные группы инженеров разрабатывают микророботов, обычно имеющих массу менее грамма. На текущем уровне развития технологий это технически крайне сложная задача, потому что в устройстве такой массы и размера необходимо объединить двигательный механизм, плату управления, источник питания или систему приема энергии извне. Для развития необходимых компонентов DARPA в прошлом году объявила отдельный конкурс среди инженеров.

Если инженеры берутся за разработку летающего микроробота, то эта задача становится еще сложнее, потому что при этом возникает ограничение по массе, а также необходимость в более быстрых и легких актуаторах. Работающие прототипы робопчел массой в несколько сотен миллиграммов уже существуют, причем в последних разработках их возможности значительно выросли. Например, недавно две группы инженеров из Гарвардского и Вашингтонского университетов представили летающих роботов на солнечных батареях, а также роботов, получающих энергию через провод, способных при этом совершать управляемый полет.

Во всех этих роботах используются пьезоэлектрические актуаторы, которые довольно удобны благодаря низким размеру и массе, но имеют ограниченную устойчивость к ударам. А она важна, учитывая, что пока такие роботы летают достаточно нестабильно. Теперь инженеры под руководством Роберта Вуда (Robert Wood) из Гарвардского университета показали робопчелу, в которой применяются мягкие диэлектрические актуаторы.

Инженеры создали базовый элемент, состоящий из одного цилиндрического актуатора и двух крыльев в торцах. Они закреплены одновременно к актуатору и к раме, поэтому при сокращении актуатора крылья двигаются в одну сторону, а при расширении — в другую. Актуаторы состоят из диэлектрического эластомера, который меняет свою форму под действием электрического поля. Во время экспериментов актуатор работал при напряжении от 800 до 1400 вольт.

Схема базового элемента с актуатором и двумя крыльями, а также схема их работы / Yufeng Chen et al. / Nature, 2019

Из таких базовых элементов с двумя крыльями инженеры собрали несколько прототипов, у которых было от двух до восьми крыльев. Самый крупный из них имеет восемь крыльев и массу 660 миллиграмм. Главная его особенность заключается в том, что такое количество независимо управляемых элементов позволяет роботу поддерживать свое положение и поворачивать.

Прототипы роботов, состоящие из разного количества модулей / Yufeng Chen et al. / Nature, 2019

Авторы экспериментально показали, что созданные ими робопчелы могут сталкиваться со стенами или другими роботами без повреждения крыльев и других элементов. Кроме того, они способны обнаружить столкновение на ранней стадии, отслеживая параметры работы актуатора.