Робота-пчелу с трудом научили летать во всех направлениях

Исследователи из Университета штата Вашингтон (WSU) разработали роботизированную пчелу, которая может летать «по-всякому». Благодаря четырём крыльям из углеродного волокна и лавсана, а также четырём приводам для управления каждым крылом, прототип Bee ++ стал первым стабильно летающим во всех направлениях роботом. Робопчела даже способна на такое хитрое движение, которое авиаторы называют рысканием. При этом у Bee ++ шесть полноценных типов воздушных манёвров, как у настоящих летающих насекомых.

Исследователи сообщили об успехе в журнале IEEE Transactions on Robotics. Достижение состоялось под руководством Нестора Переса-Арансибиа, профессора в Школе механики и материаловедения WSU.

Перес-Арансибиа рассказал, что учёные пытались разработать искусственных летающих насекомых вот уже более 30 лет. Естественно, не ради чистой науки. Робопчёл можно будет использовать для искусственного опыления, поисково-спасательных работ в труднодоступных местах, биологических исследованиях и для мониторинга окружающей среды, в том числе в опасных условиях.

Но для того, чтобы крошечные роботы взлетали и приземлялись, потребовалась разработка контроллеров, которые «думают», как мозг реального насекомого.

Первоначально инженеры создали робота-пчелу с двумя крыльями, но он был неуклюж. А в 2019 году Перес-Арансибиа и двое его аспирантов впервые построили достаточно лёгкого для взлёта четырёхкрылого робота. Одной из первых задач стали два манёвра, известных как тангаж (качка) и крен. Для этого требовалось создавать крутящий момент, который вращает робота вокруг его двух основных горизонтальных осей. Ради тангажа исследователи научили устройство махать передними крыльями иначе, чем задними. А для крена — правыми крыльями махать иначе, чем левыми.

Но также очень важно было контролировать такой сложный воздушный трюк, как рыскание — это угловые движения воздушного судна относительно вертикальной оси. Без этого роботы выходят из-под контроля, не в состоянии задерживаться в нужной точке, а затем падают. Иными словами, если настоящая пчела не сможет контролировать своё рыскание, то будет без толку крутиться вокруг цветка, а нектара не наберёт.

В числе необходимых лётных манёвров для нормальной работы роботов-летунов — также уклонение и следование за объектом. Профессор рассказал, что изобретатели осознавали теорию, но в течение многих лет им не удавалось осуществить рыскание на практике.

Чтобы заставить робота вращаться нужным образом, исследователи взяли пример с насекомых и приделали крылья так, чтобы они махали в наклонной плоскости. А также увеличили количество взмахов крыльев своего робота со 100 раз в секунду до 160 раз.


— Нестор Перес-Арансибиа, профессор в Школе механики и материаловедения WSU.

При весе в 95 миллиграммов и размахе крыльев в 33 мм Bee ++ по-прежнему крупнее настоящих пчёл, которые весят около 10 мг. И в отличие от настоящих насекомых робот может летать автономно только около пяти минут, так что для опытов он запитан от кабеля.

Исследователи также заняты разработкой других роботов-насекомых, включая ползающих и водомерок.