За некоторыми исключениями, квадрокоптеры — это идеальный воздушный робот, когда вам нужно что-то маленькое, быстрое и маневренное. Это связано с тем, что квадрокоптеры относительно дешевы и просты в управлении, а не потому, что они лучшая воздушная платформа. Фактически, вы могли заметить, что в животном мире не так много вертолетов — это потому, что (среди прочего) машущие крылья обеспечивают высокую эффективность и невероятную маневренность, если вы можете их производить и управлять ими. .
Эти две последние вещи делают крылья сложными для роботов, поэтому мы не видим столько полезных роботов-птиц, сколько полезных квадрокоптеров. Алиреза Рамезани , Сун-Джо Чанг и Сет Хатчинсон из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне и Калтехе решили, что создание роботов-птиц просто недостаточно сложно, поэтому они работают над чем-то еще лучше и даже более сложным: роботом летучая мышь.
Мы отслеживали Bat Bot (B2) в течение последних нескольких лет; исследователи представили доклад о роботе на выставке ICRA 2016 в Стокгольме в прошлом году. Теперь B2 попала на обложку текущего выпуска Science Robotics , и этого достаточно, чтобы опубликовать обновление. Вот видео:
Крылья летучих мышей принципиально отличаются от крыльев птиц, и не только потому, что у птиц есть перья, а у летучих мышей — нет. Обычно, когда робототехники создают роботов, вдохновленных птицами или насекомыми, они используют жесткие аппроксимации крыльев или, возможно, несколько различных жестких частей, гибко связанных между собой. Крылья летучей мыши не работают, как это вообще: Основополагающая структура крыла летучей мыши состоит из «метаморфических костно-мышечной системы, которая имеет более 40 степеней свободы» и включает в себя кости, которые активно деформируются во время каждого крыла бить. Сама поверхность крыла представляет собой «анизотропную мембранную обшивку крыла с регулируемой жесткостью». По словам исследователей, именно такой уровень сложности дает летучим мышам непревзойденный уровень ловкости, но он также затрудняет превращение летучих мышей в роботов.
Вместо того, чтобы пытаться воспроизвести каждую степень свободы (DoF) настоящей летучей мыши (что, вероятно, привело бы к созданию робота, который был бы слишком тяжелым и сложным для полета), исследователи сократили количество DoF до пяти ( движение плеча, движение локтя, сгибание запястья и движение ног и хвоста из стороны в сторону), что по-прежнему позволяет роботу теоретически воспроизводить более 57 процентов кинематики полета летучей мыши. B2 примерно такого же размера, как египетская летучая мышь, с размахом крыльев 47 сантиметров и весом 93 грамма.
Отчасти причина того, что так много степеней свободы необходимо в B2, заключается в том, что поверхность крыла трансформируется (растягивается, изгибается и скручивается) с каждым движением базовой конструкции, что может иметь серьезные аэродинамические последствия. Само крыло сделано из гибкой силиконовой мембраны толщиной всего 56 микрометров. Управление DoF B2 таким образом, чтобы поверхность крыла трансформировалась в аэродинамическую конфигурацию, в результате которой робот делал то, что вы хотите, — это огромная проблема, которую исследователи решили с помощью обратной связи с обратной связью. Им удалось заставить B2 автономно стабилизироваться, совершать крейсерский полет (лететь прямо, размахивая крыльями с частотой до 10 герц), разворачиваться в крене и резко нырять, и этот метод «потенциально может помочь восстановить адаптивные свойства полета летучей мыши для другие маневры ».
Летучие мыши могут делать некоторые совершенно удивительные вещи: помимо того, что они могут сидеть вверх ногами (что непросто, если ваше первоначальное состояние — правое положение и полет), они могут ловить насекомых своими крыльями и уносить их домой. Исследователи упомянули обе эти возможности, заявив, что они специально работают над перевернутой насадкой, но мы предполагаем, что ловля насекомых (или чего-либо еще) в воздухе, вероятно, произойдет не скоро, особенно если робот намерен продолжать полет после того, как это произойдет. Но хотя B2, возможно, не сможет воспроизвести все, что может делать настоящая летучая мышь (пока), это уже помогает нам понять, как работают настоящие летучие мыши: у вас будет много проблем, пытаясь убедить настоящую летучую мышь лететь по тому же пути. 10 раз подряд, чтобы посмотреть, как он двигает крыльями для маневра,
В конце концов, B2 (или подобные ему роботы-летучие мыши) можно будет использовать в ситуациях, когда необходим полет в непосредственной близости от препятствий, поскольку крылья гораздо более терпимы к столкновениям, чем роторы. Исследователи особенно заинтересованы в инспекции строительных площадок, хотя они также говорили о таких основных элементах роботизированных исследовательских проектов, как помощь при стихийных бедствиях и наблюдение. Трудно догадаться, когда мы увидим коммерческую роботизированную летучую мышь, но для этого, безусловно, потребуются дополнительные разработки в области небольших и легких аккумуляторов, приводов и компьютеров, и, надеюсь, исследователи будут продолжать представлять обновления на ICRA и IROS, чтобы мы могли видеть как эволюционирует Bat Bot.