Инженеры из США представили экспериментальную разработку — роботизированный аппарат, способный передвигаться как в воздухе, так и под водой. Прототип, получивший название «воздушно-водный аппарат с машущими крыльями», весит менее 300 граммов и создан по образу птиц, ныряющих за добычей.
Конструкция устройства включает центральный корпус, два гибких крыла и подвижный хвост. Крылья и хвост могут быть заменены на элементы других размеров, что позволяет варьировать летные и подводные характеристики. В ходе экспериментов, проведенных сначала в лабораторном резервуаре, а затем в условиях открытого озера, исследователи подбирали такие сочетания размеров крыльев, частоты взмахов и угла наклона хвоста, которые обеспечивают плавный переход от подводного плавания к взлету и устойчивому полету.
Разработка может помочь в изучении биомеханики ныряющих птиц, которым приходится приспосабливаться к средам с сильно различающейся плотностью — вода примерно в тысячу раз плотнее воздуха. Кроме того, подобные аппараты в перспективе могут стать основой для нового класса беспилотных систем, предназначенных для океанографических исследований.
Предполагается, что в будущем таких роботов можно будет запускать с берега или с судна. Аппарат сможет подлетать к объекту, например айсбергу или группе китов, погружаться в воду для измерений или забора проб, а затем возвращаться на поверхность и доставлять данные. Это позволит получать информацию чаще и с меньшими затратами по сравнению с традиционными методами.
При создании робота инженеры опирались на доступные данные о механике полета и плавания тупиков, буревестников и зимородков. Было замечено, что частота взмахов крыльев у более мелких птиц составляет около 10 герц в воздухе и 4 герц в воде, тогда как у крупных видов она ниже. Разработанный робот работает в сходном диапазоне.
Аппарат оснащен аккумулятором и герметичным электродвигателем, который через кривошипный механизм приводит крылья в движение. Сами крылья покрыты гидрофобным покрытием для отталкивания воды. Хвост управляется отдельным мотором, позволяющим изменять угол наклона для подъема или ныряния.
В ходе испытаний с тремя наборами крыльев разного размаха — от 60 до 100 см — оптимальные результаты показал средний вариант. Выяснилось, что крылья должны быть достаточно гибкими, чтобы снижать амплитуду движений в воде, и одновременно достаточно жесткими для поддержания полета. Максимальная скорость под водой достигла почти 1 м/с при частоте взмахов 5 герц, в воздухе при той же частоте аппарат разгонялся до 6 м/с.
Для успешного выхода из воды роботу требовался угол наклона около 70 градусов, при котором кончики крыльев не задевают поверхность. При более крутом угле аппарат вновь уходил под воду. В отличие от многих водоплавающих птиц, использующих лапы для отрыва от воды, робот смог взлетать без дополнительного гребного движения.
В дальнейшем разработчики планируют усовершенствовать конструкцию крыльев, добавив возможность их поворота, а также проверить работу аппарата в условиях волнения и ветра. Окончательная цель — использовать такие системы для регулярного мониторинга океана, позволяя проводить замеры не раз в неделю, а ежечасно.
Читайте также: «Впервые телеуправляемые гуманоидные роботы применены в хирургии».