Инженеры из Массачусетского технологического института создали крылатого робота FAAV весом менее 300 граммов.
Он летать в воздухе и плавать под водой при машущих крыльев. Устройство, имитирующее движения ныряющих птиц, например, уток, успешно протестировали в лаборатории и на Женевском озере. Робот эффективно меняет среды обитания, подбирая оптимальную частоту взмахов, и в будущем поможет океанологам дешево и безопасно собирать пробы воды или планктона в труднодоступных местах.
Удивительный мир птиц-амфибий. В природе существует около 100 видов птиц, способных одинаково успешно покорять и воздух и водные глубины. Среди них — утки, кайры, гагары и буревестники. Эти птицы обладают уникальной анатомией: их кости более тяжелые и плотные, чем у обычных пернатых. Это уменьшает плавучесть и помогает нырять. При этом их крылья трансформируются в жесткие ласты под водой, преодолевая сопротивление среды, и снова расправляются для полета.
Разработчики крылатого робота FAAV тщательно изучили биологию птиц, которые совершают около 10 взмахов в секунду в воздухе и 4 — в воде. Робот получил водонепроницаемый мотор, гибкие крылья с гидрофобным покрытием и подвижный хвост для регулировки наклона.
Тесты показали, что оптимальными являются крылья среднего размера (80 сантиметров). С ними робот развивает скорость до 1 метра в секунду под водой при частоте 5 взмахов в секунду, а в воздухе разгоняется до 6 метров в секунду. Гибкость крыльев позволяет снизить амплитуду в плотной водной среде и сохранить подъемную силу в воздухе. Работа опубликована в журнале Science.
Для успешного вылета из воды инженерам пришлось решить сложнейшую задачу перехода между средами, плотность которых отличается в 1000 раз. Эксперименты показали: чтобы робот стабильно вылетал из воды, угол его наклона должен составлять ровно 70 градусов. Если сделать угол круче, аппарат опрокинется назад, а если меньше — кончики крыльев зацепятся за воду.
Оказалось, что это крылатый робот справляется с задачей вылета даже лучше, чем настоящие птицы. Большинство водоплавающих птиц вынуждены активно перебирать лапами по поверхности воды при взлете, чтобы разогнаться. Робот прекрасно справился без этого механизма. Инженеры планируют улучшить конструкцию крыльев, чтобы они могли не только махать, но и поворачиваться. Роботу еще предстоят полеты в условиях шторма и сильного ветра.
«Наша заветная мечта — чтобы океанологи, морские биологи и жители побережий запускали этого робота с лодки или с берега, и он летел к интересующему объекту, например, к айсбергу или стае китов, — говорит Рафаэль Зуфферей, доцент кафедры машиностроения MIT и ведущий автор исследования. — Мы хотим, чтобы он мог погрузиться в воду для проведения измерений или сбора образцов, и затем прилететь обратно, чтобы доставить данные».