Летающий миниробот впервые в истории смог сложить крылья, как живой

Динамика крыльев летающих животных уже не раз становилась источником вдохновения для создания многочисленных летающих роботизированных устройств. Кстати, птицы и летучие мыши обычно машут крыльями за счёт силы грудных мускулов. Однако механика полёта многих насекомых долгое время оставалась малоизученной.

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), Швейцария, и Университета Конкук, Южная Корея, решили восполнить этот пробел. И обратили внимание на питающихся растениями жуков-носорогов, которые разворачивают и вбирают свои крылья. Собранную информацию затем использовали для создания нового машущего крыльями робота, который может разворачивать и складывать крылья без дополнительных приводов.

Наука прежде считала, что насекомые, включая жуков, используют грудные мышцы для активного развёртывания и втягивания крыльев. В общем, усматривали в их строении аналог анатомии птиц и летучих мышей. Исследователь Хоанг-Ву Фан рассказал, что использовавшиеся методы наблюдений всё-таки не позволяли определить, какие именно мышцы жуки используют, распрямляя и собирая свои крылышки, и объяснить, как именно они это делают.

Крылья жуков напоминают оригами, поскольку их можно сложить и спрятать под «броню» надкрыльев, пока насекомые отдыхают, а затем пассивным образом (без каких-либо «приводов») развернуть для полёта. Во многих прошлых робототехнических проектах крылья роботам конструировали без возможности их складывать, то есть делали исключительно расправленными.

Фан рассказал, что новое исследование стало продолжением его предыдущего проекта. В 2020 году они с коллегами обнаружили, что крылья жуков-носорогов также служат для амортизации при столкновениях в полёте. Практически случайно Фану удалось запечатлеть полное двухфазное раскрытие крыльев. Учёный признался, что испытал удивление от такой изощрённости природы. Но зачем жукам понадобилось столь сложное устройство, если крыльями всё равно движут активные мышцы?

Ранее наблюдая за жуками-носорогами, Фан заметил, что они могут использовать свои жёсткие надкрылья и силу взмаха, чтобы, встряхнув, разворачивать крылья для полёта. Как только полёт завершён, жуки опускаются и надкрыльями прижимают крылья обратно к телу. Оба эти действия пассивны по своей природе, то есть не предполагают использования грудных мышц, которые обеспечивают полёт у птиц и летучих мышей.

Внедрив этот пассивный механизм, учёные впервые создали машущего крыльями робота, которых может складывать их вдоль тела в состоянии покоя и пассивно разворачивать для подъёма в воздух и поддержания стабильного полёта, объяснил Фан.

Исследователи на основе знаний о жуках-носорогах собрали машущего миниробота весом 18 граммов. Он получился раза в два крупнее настоящего жука, зато может пассивным образом распрямлять и складывать свои крылья, подобно живому образцу.

Для простоты они использовали эластичные сухожилия в подмышечных впадинах, которые позволили роботу пассивно собирать крылья. Активируя машущие движения, робот расправляет свои крылья для взлёта и поддержания стабильного полёта без какого-либо второго механизма. Затем, прекращая взмахи после приземления, крылья быстро опускаются вдоль «тела» также без необходимости в дополнительных приводах.

Фан пояснил, что созданный робот со складывающимися крыльями может быть особенно полезен в ходе поисково-спасательных операций в ограниченных пространствах. Например, такие устройства могли бы проникнуть в разрушенное здание, недоступное другой технике. Когда полёт невозможен при максимальной тесноте, робот может передвигаться, ползая.

Когда миниробот ползёт, сложенные крылья гораздо меньше подвержены риску повреждения, а также не мешают протискиваться в узкие места. Как только робот найдёт достаточно простора, то может снова развернуть крылья и взлететь.

Заглядывая в будущее, создатели компактного летуна хотели бы изучить других насекомых, в том числе мушек. А также планируют улучшить манёвренность своего робота и способы наземного передвижения.