Подавляющее большинство беспилотных летательных аппаратов представляют собой системы с вращающимися крыльями (например, квадроторы), и на то есть веская причина: они дешевые, они легкие, они хорошо масштабируются и растут, и мы хорошо управляем ими, даже в очень сложные условия. Тем не менее, для большинства применений дроны проигрывают птицам и их взмахам крыльев почти во всех отношениях — взмахи крыльев очень эффективны, обеспечивают удивительную маневренность и намного безопаснее, способны обеспечить совместимый контакт с поверхностями, а не измельчать их, как роторная система делает. Но у колеблющегося крыла тоже есть свои проблемы: создание роботов с колеблющимся крылом намного сложнее, чем просто прикручивать крутящиеся моторы к раме, за некоторыми исключениями мы не видим такого большого улучшения, как в более традиционных дронах. ,
В Science Robotics на прошлой неделе группа робототехников из Сингапура, Австралии, Китая и Тайваня описала новую конструкцию робота с колеблющимся крылом, которая предлагает достаточно тяги и контроля для стабильных переходов между агрессивными режимами полета, такими как переключение и прыжки в воду. в то же время в состоянии эффективно скользить и мягко приземлиться. Несмотря на то, что преимущества этого орнитоптера еще более сложны, чем у квадротора, как в аппаратном, так и в программном обеспечении, это может оказаться полезным.
Одна из причин, по которой создание робота с колеблющимся крылом затруднена, заключается в том, что крылья должны двигаться вперед и назад на высокой скорости, в то время как электродвигатели вращаются вокруг и вокруг на высокой скорости. Это требует относительно сложной системы передачи, которая (если вы не будете делать это осторожно) приводит к снижению веса и значительной потере эффективности. Одна конкретная проблема заключается в том, что возвратно-поступательная масса крыльев приводит к тому, что весь робот изгибается назад и вперед, что попеременно связывает и расцепляет элементы в системе передачи.
Исследователи нового орнитоптер дизайн снижает проблемы изгибов с помощью шарниров и подшипники в парах. Эластичные элементы также помогают повысить эффективность, и орнитоптер на самом деле более эффективен с его взмахами крыльев, чем с двигательной установкой с вращающимся пропеллером. Его тяга превышает его 26-граммовую массу на 40 процентов, откуда и происходит большая часть пилотажных возможностей. И одним из самых удивительных выводов этой статьи было то, что роботы с колеблющимся крылом на самом деле могут быть более эффективными, чем самолеты с пропеллером.
Для орнитоптеров это не просто задача: контроль гораздо сложнее. Как и у птиц, у орнитоптеров есть хвосты, но, в отличие от птиц, они должны почти полностью полагаться на полномочия по контролю за хвостом, не имея такого птичьего контроля над тонкими движениями крыльев. Чтобы сделать возможным акробатический уровень управления, поверхности управления хвостом на этом орнитоптере огромны — площадь плоскости хвоста составляет 35 процентов площади крыла. Крылья также могут оказать некоторую помощь в определенных обстоятельствах, например, благодаря сочетанию входов управления хвостом с преднамеренной остановкой, позволяющей орнитоптеру выполнять быстрые сальто.
Обладая способностью взлетать, зависать, скользить, мягко приземляться, маневрировать акробатически, тихо летать и взаимодействовать с окружающей средой так, чтобы (сразу) не иметь катастрофических последствий, беспилотники с взмахом крыла легко предлагают достаточно преимуществ, чтобы сделать их интересными. Теперь, когда было доказано, что орнитоптеры еще более эффективны, чем вертолеты, исследователи планируют сосредоточиться на автономии с целью продвижения своего робота к реальной полезности.