Роботы-семена закручиваются вокруг себя к любой цели
Их мельтешение выглядит совсем хаотичным, но перемещения выверены миллионами лет эволюции. Маленькие «летуны» — семена клёна — уносятся ветром на большом растоянии от родного дерева, дабы дать начало новой судьбе. Данный воодушевляющий образ американские исследователи применяли, дабы выстроить самый мелкий в мире поворачивающийся летательный аппарат с одним крылом.
Мелкое «чудо на ладони» появилось в лаборатории беспилотных летательных аппаратов университета Мэриленда (Autonomous Vehicle Laboratory — AVL). Участники проекта отмечают, что создать работоспособный летательный аппарат по мотивам «крылышек» клёна эксперты в различных государствах пробовали ещё с 1950-х годов. Но столь простой на вид объект был не так уж несложен.
Особенно в случае если учесть, что целью мечтателей было появление управляемой автомобили, талантливой на долгий деятельный полёт, а не пассивное планирование, как у природного прототипа.
Дин Дэррилл Пайнс (Dean Darryll Pines), Эван Ульрих (Evan Ulrich) и Шон Хамберт (Sean Humbert) начали с изучения падающих семян при помощи разнообразной аппаратуры. Неспешно они стали открывать для себя разные тонкости спирального полёта. Но прошло много времени, перед тем как им удалось выстроить аппараты, могущие виртуозно парить, подчиняясь командам оператора.
Так проект тройки отечественных храбрецов, именуемый «Робототехническая крылатка» (Robotic Samara), добрался до рождения самого занимательного летательного аппарата в череде «родственников».
С 2007 года проект Robotic Samara прошёл громадной путь: от изучения настоящих семян клёна до создания первых несложных (планирующих) имитаций, от примитивных моторизованных экземпляров к моделям с управляемой аэродинамикой.Было создано множество образцов роботов-крылаток, отличающихся размерами, формой, размещением тягового винта, балансом, тонкостями управления, перед тем как показался самый маленький собрат – «венец» проекта (сейчас), продемонстрированный на снимке под заголовком (фотографии и кадры Autonomous Vehicle Laboratory/A. James Clark School of Engineering, U-Md.).
Эван Ульрих поясняет, что семена клёна как будто бы обменивают утрату высоты на собственную раскрутку, разрешающую создать подъёмную силу и тем самым продолжительнее удержаться в воздухе. Это и разрешает ветру отнести крылатки дальше. Но зависнуть семена всё равняется не смогут — у них нет источника тяги.
Потому крылаткам приходится в собственной аэродинамике идти на некоторый компромисс.
Robotic Samara оснащены маленьким рычагом, на финише которого — маленький электромоторчик с винтом. Он раскручивает целый аппарат полностью, поднимая его в атмосферу. (По принципу работы машинки данной линейки напоминают разведывательный невидимый бумеранг.)
Благодаря такому ответу неестественные «семена» способны на взлёт с почвы и зависание. Они могут выполнять управляемый полёт по окончании начального падения, будучи скинутыми с самолёта. Машинки смогут стабилизироваться и начать парить как по окончании спуска, так и по окончании подъёма при запуске вручную.
Крылатака – это вообще-то плод (не только клёна, но и последовательности вторых деревьев), уносящий заключённое в семя на большое расстояние за счёт своеобразной аэродинамики. Эти забавно крутящиеся «крылышки» люди время от времени упрощённо и именуют семенами (фотографии с сайта wikipedia.org).
Увидим, руководить в полёте аппаратом, что вращается как будто бы вертолётный винт, и наряду с этим — полностью, инженеры обучились не день назад. Скажем, возможно отыскать в памяти водоворот и прототип («разведчика» либо «вихрь»). Были и другие системы.
Но оказалось, что весьма тяжело обеспечить стабильность для того чтобы типа аппарата под порывами ветра, когда размеры беспилотника уменьшаются до величины меньше метра.
Иллюстрация из статьи Лентинка о падающих семенах кроме того украсила обложку респектабельного научного издания за 12 июня 2009 года (иллюстрация Science).
К примеру, эту тему несколько лет назад деятельно развивала Lockheed Martin (аппараты Nano Air Vehicle), рассчитывая создать разведчика размером практически с семечко клёна. Если судить по отсутствию новостей про Nano Air на сайте компании с того самого времени, проект был или провальным, или таким успешным, что о нём уже не следует сказать публично (военная тема как-никак).
В это же время множество учёных до сих пор раскрываютсекреты летающих семян. Так, этим летом исследователь из университета Вагенингена Дэвид Лентинк (David Lentink) и его коллеги из Голландии и США подробно изучили аэродинамику граба и семян клёна.
Сперва учёные выстроили правильные масштабные модели этих «вертолётов», а после этого визуализировали обтекание их воздухом в трёх измерениях. Так удалось установить, что вращающаяся лопасть крылатки генерирует на передней собственной кромке маленький стабильный вихрь (leading-edge vortex), что дарит плоду его высокую подъёмную силу. (Подробности возможно отыскать в статье в Science).
Подобный процесс (среди других изюминок) есть кроме этого объяснением прекрасных лётных качеств насекомых и летучих мышей. Неудивительно, что масса экспериментаторов пробуют приспособить такие «природные патенты» к летательным аппаратам. Наряду с этим построение стабильного и управляемого «семечка» малого размера биологи ещё этим летом именовали настоящим инженерным вызовом, по всей видимости, не зная, что вызов данный в далеком прошлом принят командой Robotic Samara.
Одна из прошлых моделей робота-крылатки, ещё солидного размера если сравнивать с семенем клёна, но уже весьма компактного в сравнении с большинством беспилотников, имеющихся на рынке (фото Eric Schurr/A. James Clark School of Engineering, U-Md.).
Как гласит пресс-релиз школы инжиниринга Кларка (в её состав и входит лаборатория AVL), Пайнс и его сотрудники создали особенной формы изогнутую консоль для крепления моторчика с винтом. Они перебрали массу вариантов формы «семени», углов установки крыла и винта, способов трансформации угла атаки единственного крыла, перед тем как взяли должную стабильность устройства.
Наряду с этим фактически крылышко выяснилось весьма близко по профилю к натуральной крылатке. Оно даёт маленькой машинке возможность естественной авторотации при падении. Хвостик же с винтом тут похож на вертолётный хвостовой винт, но вместо того дабы удерживать машину от раскрутки, он лишь активизирует её.
Robotic Samara в полёте. Его создатели логично показывают в качестве областей применения армейские операции, слежение за пожарами и операции поисково-спасательные.
В том, дабы с камеры на скоро крутящемся «волчке» приобретать внизу нормально ориентированную картину, – неприятности нет. Тем более что такая машинка легко сможет унести пара современных сверхлёгких «датчиков чего-нибудь», от загрязняющих веществ до инфракрасного следа от огня либо едущей внизу автомобили (фото Eric Schurr/A. James Clark School of Engineering, U-Md.).
Самый мелкий аппарат в комплекте моделей Robotic Samara насчитывает в длину 9,5 сантиметра, наряду с этим крыло машины по размеру практически совершенно верно сходится с крылаткой клёна. Дебют крохи прошёл в университете штата Мэриленд пару дней назад и приурочен был к 100-летию аэропорта Колледж-парка (College Park airport), в соответствии с Wiki — ветшайшего непрерывно трудящегося аэропорта в мире.
В 1909 году (действительно, летом) известный изобретатель самолёта Уилбер Райт (Wilbur Wright) открыл в нём первые направления для лётчиков-офицеров. А сейчас рядом, всё в том же Колледж-парке, расположился университет Мэриленда и лаборатория AVL. И в ней появился новый необыкновенный летательный аппарат.
Символично.
