Когтистые лапки помогли беспилотному самолету сесть на стену
Инженеры из канадского Шербрукского университета разработали новый беспилотный летательный аппарат самолетного типа, способный садиться на шероховатые вертикальные поверхности. Как сообщает IEEE Spectrum, для посадки на вертикальные поверхности беспилотный самолет, получивший название S-MAD, оснастили выступающими вперед лапками — спицевидными опорами, на конце которых расположены пластины с коготками. Этими коготками беспилотник цепляется и удерживается на стене.
Некоторым исследователям прежде уже удавалось добиться посадки беспилотника не вертикальную стену. Например, представленный корейцами в 2015 году беспилотник способен прижиматься к стене и какое-то время висеть так. Однако во всех случаях, когда речь идет об аппаратах, способных садиться на стену, имеются в виду мультикоптеры, конструкция которых предусматривает режим висения. Беспилотники же самолетного типа такого режима не имеют, поскольку у них снижение скорости ниже критической отметки немедленно приводит к сваливанию.
Исследователи из Шербрукского университета разработали беспилотник S-MAD, вдохновившись птицами, которые могут использовать свои крылья для создания подъемной силы во время посадки, когда их скорость уже практически равна нулю. В беспилотном аппарате используется принцип пилотирования, похожий на выполнение фигуры высшего пилотажа «колокол». При ее выполнении самолет находится носовой частью вверх, а его скорость по любой из осей равна или почти равна нулю. Такое зависание возможно благодаря тяге двигателя и балансу.
S-MAD при подлете к вертикальной поверхности срабатывает элеронами и рулями высоты таким образом, чтобы принять почти перпендикулярное положение по отношению к начальной траектории. При этом он сначала снижает обороты электродвигателя, чтобы не набрать высоту, а продолжить общее горизонтальное движение, а затем их немного увеличивает, чтобы удержаться на нужно высоте. К стенке аппарат прижимается уже инерцией, после чего может выключить двигатель и остаться висеть на коготках. Взлет происходит просто включением электромотора.
Во время испытаний S-MAD выполнил 20 успешных посадок на стену из 20. При этом аппарат заходил на вертикальную посадку с разными горизонтальными скоростями. По мнению разработчиков, новая технология посадки пригодится долголетающим беспилотникам с питанием от солнечных батарей. Такие аппараты, исчерпавшие заряд основных аккумуляторов, могли бы садиться на стены, заряжаться с помощью солнечных панелей и лететь дальше.
Ранее способностью птиц быстро гасить скорость и садиться вдохновились исследователи из британской компании BMT Defence Services и Бристольского университета. В марте текущего года они объявили о разработке беспилотника самолетного типа, способного на укороченную мягкую посадку по-птичьи. Такой способ посадки позволит «отвязать» самолетные беспилотники от взлетно-посадочных полос. Например, аппараты смогут по-птичьи садиться на вертолетные площадки на кораблях.
Британские разработчики использовали технологию изменения формы крыла и машинное обучение, чтобы создать беспилотник самолетного типа, способный садиться на небольшие площадки. Крыло нового аппарата разделено на несколько секций. Крайние секции, расположенные по краям консолей крыла, непосредственно перед посадкой способны поворачиваться вверх относительно неподвижных корневых частей и устанавливаться под небольшим углом к ним.
В результате поворота крайних секций крыла перед посадкой аппарат быстро приобретает положение, перпендикулярное направлению движения, и все его аэродинамические плоскости начинают работать как воздушный тормоз. При таком маневре происходит глубокий срыв воздушных потоков, то есть прекращается ламинарное обтекание аэродинамических плоскостей, и они теряют несущею способность. В природе такой маневр используют птицы, когда им необходимо быстро приземлиться.
Василий Сычёв
Пока лишь со скоростью 1,6 миллиметра в секунду
Американские инженеры разработали робота, способного автономно передвигаться в толще сыпучего материала, проталкивая себя вперед с помощью двух конечностей, напоминающих плавники. В испытаниях робот продемонстрировал способность передвигаться в песке на глубине около 127 миллиметров со скоростью до 1,6 миллиметра в секунду. Статья опубликована в журнале Advanced Intelligent Systems. Сыпучие материалы, такие как песок, мягкие почвы, снег или лунный реголит, представляют собой довольно сложную среду для передвижения. Объекты, движущиеся в их толще, испытывают высокое сопротивление, возрастающее с глубиной погружения. Кроме того, сыпучая среда ограничивает возможности зондирования и обнаружения препятствий. Тем не менее инженеры пытаются создать роботов, способных передвигаться в таких условиях. Например, американские разработчики представили прототип робочервя, способного двигаться в толще песка. Для снижения сопротивления он выдувает перед собой воздух, и одновременно разматывает мягкую оболочку своей передней части, выталкивая ее вперед, в то время как остальное тело остается неподвижным. Это позволяет значительно снизить сопротивление движению. Однако для его работы требуется воздух, который приходится подводить с поверхности. Создать робота, который смог бы передвигаться в песке автономно, решили инженеры под руководством Ника Гравиша (Nick Gravish) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Разработанный ими робот перемещается, проталкивая себя вперед через толщу сыпучей среды с помощью двух гибких конечностей, напоминающих плавники морской черепахи. Конечности состоят из пяти звеньев. Каждое звено способно вращаться относительно предыдущего, но углы их отклонений ограничиваются с помощью фиксаторов. В движение оба плавника приводятся через червячную трансмиссию с помощью единственного электромотора. При этом трансмиссия воздействует только на первые ближайшие к корпусу звенья. Благодаря фиксаторам, ограничивающим углы поворотов звеньев, при движении вперед конечности изгибаются, испытывая меньшее сопротивление среды, а при движении назад наоборот, распрямляются, позволяя роботу отталкиваться от песка. На концах конечностей разработчики поместили сенсоры, с помощью которых робот может обнаруживать расположенные сверху объекты. Корпус робота длиной около 26 сантиметров имеет прямоугольное сечение и утолщение в передней части, которое позволяет снизить сопротивление песка при движении. Нос робота заострен и имеет наклонную поверхность сверху, которая необходима для компенсации подъемной силы, возникающей при движении в песке. С этой же целью по бокам после проведенных тестов пришлось разместить два дополнительных наклонных неподвижных плавника, так как робот имел тенденцию задирать нос при движении под действием выталкивающей силы. Чтобы избежать попадания песчинок в механизм, конечности поместили в чехлы из нейлоновой ткани. Разработчики протестировали робота, погруженного на глубину 127 миллиметров в песок, сначала в небольшом искусственном резервуаре, а после в естественных условиях в песке на пляже. В сухом песке робот смог развить скорость 1,6 миллиметра в секунду. В более влажном песке на пляже робот двигался медленнее, со скоростью около 0,57 миллиметра в секунду. В будущем инженеры планируют увеличить скорость передвижения робота, а также научить его самостоятельно погружаться в песок. Ранее мы рассказывали об исследовании, в котором физики выяснили, что происходит со структурой песка при передвижении по нему с помощью прыжков. Они обнаружили, что при правильно подобранном времени задержки между приземлениями и новым толчком, можно увеличить высоту прыжка на 20 процентов и даже больше.