Робот размером с пчелу может не только летать и зависать, но и научился грациозно приземляться. RoboBee из Гарвардского университета недавно усовершенствовал свои «навыки приземления», и источником вдохновения для него послужили «большие комары», которых часто можно увидеть летом! С помощью искусных замыслов природы ученые сделали этого микроробота более устойчивым и менее уязвимым, приблизив его на один шаг к цели — по-настоящему «свободно летать». Какие уловки за этим стоят? Давайте взглянем на историю RoboBee.
RoboBee из Гарвардского университета уже продемонстрировал свою способность летать, пикировать и зависать, как настоящее насекомое. Однако без безопасного способа посадки эти воздушные чудеса бесполезны.
RoboBee, один из знаковых проектов Лаборатории микроробототехники Гарвардского университета, недавно был оснащен самым надежным посадочным устройством из когда-либо созданных, вдохновленным самым элегантным «экспертом по приземлению» в природе: комаром-журавлем.
Группа под руководством Роберта Вуда, профессора Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS), опубликовала результаты своих исследований в журнале Science Robotics. Они установили пару длинных сочлененных ног для RoboBee, чтобы помочь ему плавно приземляться с воздуха, а также модернизировали систему управления, чтобы он мог лучше тормозить и смягчать приземление, достигая «мягкой посадки».
Важной целью этих усовершенствований является защита прецизионных пьезоэлектрических приводов, на которые полагается RoboBee. Эти «мускулы» для полета эффективны, но чрезвычайно хрупки и могут быть легко повреждены при жестких посадках или столкновениях.
Посадка RoboBee всегда была технической проблемой, отчасти потому, что он чрезвычайно легкий — весит менее 0,1 грамма, а размах крыльев составляет всего 3 сантиметра. Ранние версии часто страдали от «эффекта земли» при приближении к земле: поток воздуха, создаваемый машущими крыльями, нарушал их устойчивость, так же как нисходящий поток воздуха влияет на вертолет при посадке.
«Раньше мы просто отключали питание немного выше земли и «молились», чтобы он благополучно приземлился», — вспоминает Кристиан Чан, аспирант, руководивший механической модернизацией и один из первых авторов проекта.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа модернизировала «мозг» робота — контроллер — таким образом, чтобы он мог распознавать влияние земли и адаптироваться к нему. Работу возглавил соавтор Нак-Сын Патрик Хён, бывший научный сотрудник, который руководил испытаниями контролируемой посадки робота на листья и твердые поверхности.
«Ключ к успешному приземлению — максимально замедлиться перед ударом и быстро рассеять энергию после удара», — сказал Хён, ныне доцент Университета Пердью. «Несмотря на то, что RoboBee небольшой, влияние земли все равно будет значительным при полете близко к земле, а подпрыгивание и падение после приземления увеличат неустойчивость».
Чтобы решить эту проблему, команда обратилась к природе за «дизайнерским вдохновением». Они обнаружили насекомое, которое часто принимают за гигантского комара — долгоножку, крупное насекомое, известное своим медленным и ровным полетом.
«Наша платформа по размеру очень близка к мухе-долгоножке, — сказал Чан, — а ее длинные сочлененные ноги, по-видимому, предназначены для смягчения приземлений».
Группа ученых изучила записи образцов насекомых в Музее сравнительной зоологии Гарвардского университета и разработала несколько прототипов роботизированных ног на основе строения ног долгоножек. В конечном итоге они остановились на многосочлененной конструкции, похожей на конструкцию комара-журавля, и использовали высокоточный производственный процесс, разработанный в Лаборатории микроробототехники Гарварда, чтобы отрегулировать жесткость и амортизацию каждого сочленения.
В ходе этого процесса к исследованию также присоединилась эксперт по передвижению насекомых и научный сотрудник Алисса Эрнандес. Она работала над докторской диссертацией на кафедре органической и эволюционной биологии Гарвардского университета и привнесла в проект обширные знания о передвижении насекомых. «RoboBee — идеальная платформа для изучения слияния биологии и робототехники», — сказала она. «Мы можем черпать вдохновение из бесчисленных видов насекомых, встречающихся в природе, а также использовать роботизированную платформу для обратной проверки гипотез о биологическом передвижении».
В настоящее время RoboBee по-прежнему необходимо подключать к внешней системе управления через провод. Долгосрочная цель исследовательской группы — создать полностью автономного микролетающего робота, для чего необходимо преодолеть три основных технических препятствия: датчики, источник питания и управление.
«Полная автономия — наш Святой Грааль», — сказал профессор Вуд, — «но прежде чем мы сможем этого достичь, нам понадобятся страховочные тросы, которые защитят нас от электрических и механических сбоев. Чтобы избавиться от этих тросов, нам сначала нужно выяснить, как безопасно приземлиться».
Микророботы, такие как RoboBee, не только технологически удивительны, но и имеют широкий спектр перспектив применения — от мониторинга стихийных бедствий до исследования окружающей среды и даже будущей автоматизации сельского хозяйства. Чан особо отметил, что одним из видов применения, которого он больше всего ждет, является искусственное опыление: возможно, в будущем мы увидим группу робопчел, летающих на вертикальных фермах, опыляющих растения и превращающихся в настоящих «робопчел».
Ссылка: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250416151924.htm