Инженеры из Китая, Великобритании и Швейцарии разработали двусредный квадрокоптер с присоской, повторяющей орган рыбы-прилипалы. Дрон может летать в воздухе, плавать под водой и присасываться к предметам в этих двух средах, причем даже если их поверхность изогнута или движется. Статья опубликована в Science Robotics.
Рыбы семейства прилипаловых, в том числе обыкновенный прилипало (Echeneis naucrates), обладают необычной способностью прилипать к более крупным рыбам, в том числе акулам и дельфинам, а также морским черепахам. Это позволяет им экономить энергию при передвижении и питаться остатками пищи или паразитами на теле рыбы-хозяина. За прилипание у них отвечает передний спинной плавник, который в процессе эволюции преобразовался в присоску. Она состоит из открытой камеры и небольших пластинок (ламелл). При контакте с телом другой рыбы ламеллы выдвигаются и создают внутри камеры пониженное давление, удерживающее прилипалу, причем его хватает даже при сильных движениях хозяина — например, когда дельфин выпрыгивает из воды:
В 2017 году инженеры повторили строение этого органа в роботе-прилипале и показали, как он способен присасываться к поверхностям под водой. В новой работе эта же группа инженеров под руководством Ли Вэня (Li Wen) из Бэйханского университета улучшила искусственный аналог присоски рыбы-прилипалы и оснастила им дрон, работающий как в воздухе, так и в воде.
В целом механизм работы присоски такой же, как у рыбы и предыдущего искусственного аналога: ламеллы прислоняются к поверхности, давят на нее и тем самым создают пониженное давление. Но к этому основному механизму инженеры добавили еще два. Во-первых, для контакта с изогнутыми поверхностями у присоски есть второй актуатор, который изгибает присоску. Для него и для основного актуатора в дроне используется по одному электромотору с поршнем. Они закачивают в актуаторы жидкость и приводят их в движение:
Во-вторых, инженеры добавили к присоске еще один мотор с шестью тросами. При его активации тросы скручивают мягкую верхнюю часть присоски и позволяют быстро отсоединить дрон от поверхности.
Инженеры установили присоску на квадрокоптер: в основном они испытывали его присоской вверх, но также показали, что если установить ее снизу, то дрон может захватывать и перемещать предметы. Квадрокоптер имеет обычную конструкцию, но оснащен винтами, оптимизированными для работы в двух средах. У каждого винта по три лопасти, которые складываются при вращении в воде и раскладываются, когда дрон поднимается из воды и попадает в менее плотную среду. Эксперименты показали, что такая конструкция снижает время перехода из воды в воздух на 27,3 процента.
Разработчики продемонстрировали возможности дрона по работе в двух средах. В частности, они показали, как он летает в воздухе, плавает в воде, перемещается между двумя средами в обоих направлениях. Также они продемонстрировали, как дрон может быстро присасываться к ровным и изогнутым поверхностям в воде и воздухе, причем он продолжает висеть, даже если присосался к подвижному роботу, что позволяет экономить энергию подобно рыбам-прилипалам. Испытания показали, что по сравнению с зависанием на месте прилипание снижает затраты энергии в 51,7 раза в воздухе и в 19,2 раза в воде.
Есть и другие двухсредные квадрокоптеры, некоторые из которых способны проводить под водой месяцами. А есть и гибридный подход, при котором дрон садится на воду и выпускает отдельного подводного робота. Мы рассказывали про одну из таких систем, разработанную группой, которую возглавляет один из авторов новой работы Мирко Ковач (Mirko Kovac).
Григорий Копиев
Вращение дрона под действием реактивного момента использовали для увеличения поля зрения сенсоров
Китайские инженеры разработали дрон-монокоптер, который полностью управляется с помощью только одного электромотора. Он получает подробную информацию об окружении с помощью лидара, установленного на корпус, который вращается из-за реактивного момента, создаваемого несущим винтом. Благодаря этому дрон может автономно планировать траекторию движения, избегая столкновения со статическими и динамическими препятствиями, говорится в работе, опубликованной в журнале Science Robotics.