Учёные испытали летающего робота Floaty без пропеллеров
Учёные из Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка в Тюбингене и Штутгартского университета представили робота Floaty, который держится в воздухе без пропеллеров и без собственной тяги. Аппарат использует внешний восходящий поток и меняет форму корпуса, чтобы зависать и маневрировать. Авторы проекта рассматривают такую схему как способ резко снизить энергопотребление в задачах, где поток воздуха уже есть, например у промышленных труб, метеозондов и при входе летательных аппаратов в атмосферу.
Floaty повторяет не механику машущих крыльев, а более простой приём парящих птиц. Вместо винтов у него четыре независимо управляемые створки в верхней части корпуса. Поворачивая их, робот меняет площадь, обтекаемую потоком, и управляет подъёмной силой, креном, тангажом и рысканием. Сервоприводы тратят энергию только на изменение конфигурации, а не на создание тяги.
Для управления исследователи обучили аэродинамическую модель, которая рассчитывает команды для створок и стабилизирует аппарат по шести степеням свободы. Главной инженерной задачей оказалась устойчивость. Центр масс робота опустили примерно на 7 см ниже плоскости створок, а сами створки получили изгиб под углом 42,5°.
Испытания прошли в вертикальной аэродинамической трубе диаметром 1,2 м. Floaty массой 340 г работал в потоке со скоростью 8—11 м/с, выдерживал толчки и боковой ветер до 4 м/с. Положение аппарата отслеживала система OptiTrack с частотой 200 Гц, команды передавались по радиоканалу.
Среднее время полёта от двух LiPo-аккумуляторов ёмкостью 250 мА·ч составило около 33 минут при потреблении 3,4 Вт, или примерно 10 Вт/кг. Для сравнения, обычные мультикоптеры при висении требуют порядка 100—250 Вт/кг. Именно здесь находится практический смысл проекта: если среда сама даёт подъёмную силу, бортовой источник энергии можно тратить не на тягу, а на корректировку положения и полезную нагрузку.
На фоне других биомиметических аппаратов Floaty выглядит необычно. Многие экспериментальные роботы, включая орнитоптеры Festo и университетские проекты с машущими крыльями, всё равно полагаются на активную тягу и сложную механику. Здесь конструкция проще, а выигрыш по энергии достигается за счёт привязки к конкретной среде: робот не универсален, зато может подолгу работать там, где квадрокоптер быстро разряжает батарею.
Следующий этап для такой схемы очевиден: выйти из аэродинамической трубы в реальные условия, где поток неоднороден и меняется быстрее. Если разработчикам удастся сохранить стабильность в дымовых шахтах, у высотных фасадов или на метеоплатформах, у инспекционных дронов появится узкий, но экономичный подкласс. Для ракетной и атмосферной техники ответ появится позже, поскольку там нужны другие скорости, материалы и системы наведения.
