Новый робот-пчела может садиться на листья

"Электростатическая присоска" позволяет дрону присоединяться к любым поверхностям.
(фото Harvard SEAS).

Миниатюрный летающий дрон размером с насекомое – мечта любого разведчика. Ещё недавно такие устройства встречались только в книгах и фильмах о будущем, но с развитием технологий инженеры постепенно начинают воплощать эти идеи фантастов в жизнь.

Робототехники из Гарвардского университета усовершенствовали собственную модель крошечного беспилотника под названием "РобоПчела" (RoboBee), и научили его в свободное от полётов время прикрепляться к потолку или нижней стороне листьев для экономии заряда.

"Многие миссии малых беспилотных летательных аппаратов требуют, чтобы они оставались в воздухе в течение длительного времени, но, к сожалению, такие устройства быстро исчерпывают заряд батареи, – говорит один из авторов работы Мориц Грауль (Moritz Graule). – Мы хотим, чтобы они могли летать дольше, не затрачивая слишком много дополнительной энергии".

Учёные искали вдохновение в живой природе и обратили внимание, что многие насекомые и птицы часто садятся на растения и различные предметы, чтобы сэкономить силы. Но, чтобы посадить даже очень маленького и лёгкого робота на неровную и неустойчивую поверхность, а тем более прикрепить к стене или потолку, требуются крюки, присоски или другие приспособления, которые в итоге усложняют конструкцию и увеличивают её вес.

Тогда исследователи обратились к электростатике – разделу физики, который изучает взаимодействие неподвижных электрических зарядов и объясняет, почему натёртый о тряпку или волосы воздушный шар "прилипает" к стене.

В учебниках физики есть объяснение данному явлению: при трении о шерсть полимерная поверхность приобретает отрицательный заряд. Если поднести такой шар к стене, его накопленный отрицательный заряд заставит некоторые электроны в месте соприкосновения разбежаться в стороны, после чего стена станет положительно заряженной. В результате противоположные заряды притянутся, и шар не упадёт, пока заряды не рассеются.

Учёные решили использовать этот физический эффект: они оснастили дрона небольшим электродом и мягкой подушкой, которая смягчает удар при посадке. Этот механизм весит всего 13 миллиграммов, а вес всего робота составляет около ста миллиграммов, что сравнимо с весом настоящей пчелы.

Если во время полёта подать слабый заряд на электрод, устройство может "прилипнуть" практически к любой поверхности от оконного стекла до листа на дереве, а чтобы отсоединиться, требуется просто выключить питание.

 

Электрод разряжает батарею в тысячу раз медленнее электродвигателя, вращающего трёхсантиметровые лопасти, поэтому в перерывах между работой дрон может совершить посадку и сэкономить заряд.

В представленной модели электростатическая "присоска" установлена только в верхней части устройства, поэтому робот-пчела может присоединиться только к потолку или нижней поверхности листа. Но в будущем исследователи планируют оснастить электродами и другие части дрона и тем самым расширить его возможности.

"Электроды, которые управляются без сложных физических механизмов, обладают низким энергопотреблением и могут присоединиться к разным поверхностям. Они идеально подходят для гибких роботов с весьма ограниченной полезной нагрузкой, – говорит руководитель исследования профессор Роберт Вуд (Robert Wood). – При создании роботов размером с насекомых, простота и низкая мощность всегда будут ключевыми требованиями".

По мнению авторов работы, миниатюрные роботы-пчёлы могут быть использованы для поисково-спасательных работ, съёмки местности, наблюдения и проведения исследований в опасных условиях. При этом целый рой таких разведчиков может быстро обследовать большую площадь.

Подробные результаты исследования представлены в статье, опубликованной в издании Science.

Сегодня