бычная мухобойка способна отправить практически любое насекомое на тот свет, но против нового летающего робота этот аргумент может не сработать. Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Калифорнийского университета в Дэвисе представили микродрон, который пережил удар хлопушкой, выдержал сжатие под нагрузкой, превышающей собственный вес примерно в 11 000 раз, и продолжил полет. Результаты этой работы опубликованы в журнале Science Robotics.
Когда речь заходит о миниатюрных дронах, мы привыкли ждать хрупких шестеренок и крошечных моторов, которые разлетаются от любого столкновения со стеной. Отказ от жестких шестеренок и моторов заменен на искусственную мышцу — привод представляет собой тонкую пленку из релаксорного сегнетоэлектрического полимера, материала, который меняет форму под действием электричества. Под действием электрического поля материал обратимо расширяется. Это свойство, известное как электрострикция, позволяет быстро изгибать пленку и приводить крылья в движение без сложной механики.
Важная особенность конструкции — отдельный механический передаточный механизм между приводом и крыльями полностью отсутствует.
Источниками вдохновения для инженеров стали плодовые мушки, пчелы, стрекозы и комары. Крылья конусообразной формы и сам аппарат целиком изготовлены из полимеров. Они деформируются при контакте с препятствиями, а используемые материалы устойчивы к образованию складок. Благодаря этому столкновения с препятствиями не превращаются в фатальную аварию.
В реальных условиях эксплуатации миниатюрным летающим аппаратам приходится сталкиваться не только с ветром, но и с непредвиденными механическими воздействиями — от падения ветвей до ударов предметов и случайных контактов со стенами в замкнутых пространствах. Обычная механика с микромоторами и редукторами в таких сценариях ломается мгновенно, выводя устройство из строя после первого же инцидента. Полимерная конструкция решает эту проблему за счет распределения энергии удара по всей площади гибкого корпуса, что позволяет сохранять работоспособность там, где классические роботы превращаются в груду обломков.
Однако перед исследователями по-прежнему стоят серьезные инженерные барьеры, отделяющие лабораторный образец от практического применения. На текущей стадии проект находится на этапе ранних физических испытаний, где доказывается жизнеспособность самой концепции бесмоторного машущего полета. Лабораторные тесты показывают высокую прочность материалов, но на практике аппарат все еще сильно ограничен в маневренности. Инженеры пока не научили микродрон уверенно выполнять контролируемые повороты, совершать полноценную посадку и удерживать полезную нагрузку.
Главным технологическим препятствием остается вопрос автономности. На данный момент микроскопический аппарат физически не способен поднять на борту аккумуляторную батарею достаточной емкости, из-за чего вынужден работать от внешних проводов питания. Это накладывает жесткие ограничения на радиус перемещения и делает невозможным реальное полевое применение в труднодоступных местах. В перспективе подобные устройства смогут обследовать опасные зоны, искать людей под завалами, следить за состоянием природной среды и даже опылять сельскохозяйственные растения, но до создания коммерческих версий для таких задач инженерам предстоит решить множество проблем с миниатюризацией источников питания и систем бортовой навигации. Точных сроков появления устройства на рынке исследователи не называют.
Но сможет ли такой неубиваемый робот заменить привычные квадрокоптеры уже в следующем сезоне?
В дальнейшем ученые намерены улучшить управление, в том числе научить робота поворачивать и приземляться, а также увеличить грузоподъемность. В перспективе подобные устройства смогут обследовать опасные зоны, искать людей под завалами, следить за состоянием природной среды и даже опылять сельскохозяйственные растения. Однако пока аппарат работает от внешних проводов и не имеет собственного бортового питания, до реальной продажи и полетов в поле еще очень далеко — точных сроков появления устройства на рынке исследователи не называют.
Главное: Микродрон массой 185 миллиграммов доказывает, что полимерные крылья без жестких механических передач выдерживают удары мухобойкой и колоссальное сжатие.
Что было раньше
Раньше микроскопические летающие механизмы разлетались на части от первого удара о стену, а полимерный прототип из лабораторий Калифорнии продолжает полет даже после удара мухобойкой. Гибкие искусственные мышцы избавили конструкцию от хрупких шестеренок и выдерживают колоссальные нагрузки без поломок. Однако вся эта феноменальная живучесть пока заперта в стенах университетской лаборатории из-за отсутствия нормального управления и невозможности нести полезный груз. Неуязвимый полимерный разведчик стойко держит сокрушительные удары, оставаясь намертво привязанным к розетке внешним кабелем.