Инженеры разработали новую конструкцию крыла для миниатюрных роботов, вдохновленную планирующим полетом саранчи
Исследователи из Принстонского университета представили новую модель для роботов размером с насекомое, созданную на основе уникальной механики полета американской саранчи. Эта разработка призвана преодолеть ключевое препятствие в области микроробототехники — высокое энергопотребление и тяжелые батареи крошечных летающих аппаратов.
Стандартные микророботы часто копируют конструкцию пчел, чей машущий полет требует огромного количества энергии, из-за чего устройства почти сразу после взлета нуждаются в подзарядке. Ученые обратили внимание на саранчу, которая эффективно переключается между прыжком, взмахами крыльев и планированием. Как пояснила Эйми Уисса, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники, планирование — это режим «дешевого» полета, позволяющий экономить энергию.
В рамках исследования команда Уиссы сотрудничала с биологами из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне, чтобы изучить строение крыльев настоящей саранчи. Ученые сосредоточились на задних крыльях, которые обладают гофрированной трехмерной структурой, напоминающей «холмы и долины». Эта структура обеспечивает необходимую прочность для взмахов, а также позволяет крылу компактно складываться. Высокоточные КТ-снимки показали, что «гармошечные» крылья саранчи можно убирать для лучшей подвижности по земле и раскрывать с минимальным сопротивлением воздуху.
Для проверки концепции исследователи поместили напечатанные на 3D-принтере крылья в водные каналы, чтобы изучить гидродинамику и оптимизировать аэродинамическую форму. Затем эти крылья прикрепили к легким каркасам и запустили в лаборатории. Высокоскоростные камеры захвата движения показали, что эффективность полета синтетических планеров сравнялась с эффективностью настоящих насекомых.
Интересно, что в ходе экспериментов выяснился неожиданный факт: в отличие от природных гофрированных крыльев, гладкие искусственные крылья планировали эффективнее. Это указывает на то, что складки в крыльях саранчи, вероятно, эволюционировали не для аэродинамики, а для других целей — например, для возможности складывания или для полета под крутыми углами.
Следующая задача ученых — разработать механизм автоматического раскрытия и складывания таких крыльев без использования тяжелых моторов. В случае успеха следующее поколение роботов для поисково-спасательных операций сможет не только летать, но и прыгать, ползать и парить, существенно экономя заряд батареи.
Исследование было опубликовано в журнале Journal of the Royal Society Interface.