Робот с машущими крыльями ныряет и взлетает, как птица

Аппарат с машущими крыльями, предназначенный для изучения механики движения таких птиц, весит меньше трёхсот граммов. У него есть корпус, два гибких крыла и управляемый хвост, которые можно заменять на другие размеры. В экспериментах в бассейне и на озере инженеры подобрали сочетания размера крыльев, частоты взмахов и угла хвоста, позволяющие роботу плавно переходить от плавания под водой к прорыву сквозь поверхность и затем к полёту.

Результаты работы опубликованы в журнале Science. Они помогают понять, как ныряющие птицы приспосабливают механику полёта к перемещению в воде и в воздухе — средах с очень разными физическими свойствами. Конструкция может открыть новое поколение воздушно-водных дронов. По замыслу исследователей, таких роботов можно будет запускать с лодки или берега, чтобы они долетали до нужной акватории — например, к айсбергу, портовому сооружению или стае китов, — ныряли для забора проб, а затем возвращались с данными, тратя на это лишь малую часть стоимости традиционных методов.

Крылья робота сделаны из тонких мембран с гидрофобным напылением, отталкивающим воду. В корпусе находятся батарея и водонепроницаемый электромотор, который приводит в движение кривошип, заставляющий крылья взмахивать с заданной частотой. Хвост оснащён мотором и может менять угол, помогая аппарату подниматься или нырять. В ходе испытаний выяснилось, что ключевое значение имеют размер крыльев — около восьмидесяти сантиметров — и их гибкость: они должны быть достаточно податливыми, чтобы уменьшить амплитуду взмахов в воде, и достаточно жёсткими, чтобы удерживать аппарат в воздухе. Робот плавал со скоростью почти метр в секунду при частоте взмахов около пяти герц и летел примерно шесть метров в секунду при той же частоте. Это сопоставимо с показателями настоящих ныряющих птиц. Чтобы выпрыгнуть из воды, роботу нужно подняться под довольно крутым углом в семьдесят градусов, иначе кончики крыльев заденут поверхность.

Любопытно, что комбинация размера крыльев, частоты взмахов и наклона хвоста позволила аппарату плавать, взлетать и летать без такого важного для многих птиц элемента, как лапы. Обычно пернатым приходится грести лапами на поверхности для взлёта, но роботу это не требуется. «Никому раньше не удавалось вылететь из воды с помощью крыльев», — отмечают исследователи. Сейчас команда совершенствует конструкцию крыльев, чтобы они могли не только махать вверх-вниз, но и поворачиваться. Кроме того, предстоят испытания в турбулентных условиях — при волнах и ветре. В перспективе такой аппарат поможет океанологам и морским биологам собирать данные в труднодоступных районах.