Как робот-голубь помогает разгадать секреты птиц без вертикального стабилизатора
Учёные создали робота-голубя PigeonBot II для изучения устойчивости птиц в полёте без вертикального оперения, что поможет в проектировании более лёгких самолётов.
Учёные из университетов Гронингена и Стэнфорда разработали прототип робота-голубя, который способствует пониманию того, как птицы неплохо обходятся без вертикального хвостового стабилизатора, без которого невозможно существование самолёта.
Без наличия вертикального киля, птицы всё равно сохраняют свою устойчивость во время полёта, даже в условиях турбулентности, обходясь без закрылок. Однако, самолёты, в отличие от птиц, требуют вертикального оперения для контроля курса и предотвращения крена при возникновении так называемого голландского шага, который наблюдается, когда воздушное судно имеет высокую поперечную устойчивость по сравнению с путевой.
Птицы корректируют свою устойчивость благодаря изменению форм своих крыльев и хвоста, тогда как в случае с самолётами, управление по крену, тангажу (поднятие или опускание носа) и рысканию осуществляется с помощью руля направления и элерона. Учёные предлагают, что если горизонтальное оперение можно было бы устранить при использовании стреловидных форм крыла и загнутых аэродинамических профилей, то вертикальное оперение, ответственное за устойчивость, управляемость и балансировку, остаётся критически важным.
Для того чтобы наглядно продемонстрировать, каким образом птицы изменяют форму крыльев и хвоста во время полёта, учёные разработали робота-птицу, получившего имя PigeonBot II. Этот робот состоит из биомиметического скелета и 52 настоящих перьев голубя (40 маховых и 12 хвостовых). Уникальной особенностью данного робота является возможность расправлять крылья, изменять угол их наклона и направление. Также учёные добавили специальные алгоритмы, которые имитируют нервно-мышечные рефлексы пернатых, позволяя им стабилизировать своё тело во время воздушных маневров. Масса робота составляет 300 граммов, что соответствует весу небольшой птицы.
Дополнительно, PigeonBot II оборудован девятью сервоприводами и двумя маленькими пропеллерами, которые находятся на каждом запястье. Эти элементы позволяют роботу подниматься и опускаться, а также выполнять манёвры кругообразного движения. Первоначальные испытания PigeonBot II проводились в аэродинамической трубе без использования пропеллеров. Это дало возможность отладить адаптивный рефлексивный контроллер, что поспособствовало успешной стабилизации положения робота в воздухе.
Авторы исследования убеждены, что результаты работы помогут инженерам в будущем разрабатывать более лёгкие конструкции самолётов, которые смогут обходиться без вертикального стабилизатора.
