Учёные из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (University of Illinois at Urbana-Champaign) и Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology) создали дрона, подобного летучей мыши. Беспилотник весит всего 93 грамма, он очень манёвренный и практически не издаёт шума. Новинку можно применять во множестве областей, включая строительство, ликвидацию аварий и разведку. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Robotics.
По эффективности аэродинамики и манёвренности летучим мышам нет равных. Они могут взлетать не только с высоты, но и с ровной земли и даже с водной поверхности, а некоторые виды развивают скорость до 50 км/ч. Такие суперспособности объясняются сложным строением крыльев, способных менять форму: в полёте летучие мыши задействуют более 40 активных и пассивных сочленений. Конечно, людям хочется повторить успех матушки-природы и научиться самим разрабатывать такие летательные аппараты. В 2013 году учёные из Университета Брауна сделали первый шаг в этом направлении — создали искусственное крыло летучей мыши. Теперь их коллеги пошли дальше и разработали дрона под названием Bat Bot (сокращённо B2).
«B2 обладает рядом практических преимуществ перед остальными БПЛА, в том числе, квадрокоптерами, — объясняет один из авторов исследования Сун-Чжо Чхон (Soon-Jo Chung). — У летучих мышей более 40 активных и пассивных сочленений; мы уменьшили число сочленений B2 до 9 (5 активных и 4 пассивных). Эластичные крылья робота издают звук низкой частоты (7—10 Гц против 100—300 Гц у квадрокоптера) и по своей природе безопасны, поскольку сделаны из гибкого материала и при столкновении друг с другом или препятствием не наносят практически никакого ущерба».
Новый дрон состоит из гибкого скелета и ультратонкой мембраны на основе кремния толщиной всего в 56 микрометров. Эта «кожа» позволяет Bat Bot менять форму прямо во время полёта, не теряя аэродинамических свойств. Традиционные полотняные материалы ограничивали бы движения передних и задних «конечностей» робота и не позволили бы достичь такого эффекта. Кроме того, Bat Bot расходует энергию лучше, чем обычные беспилотные летательные аппараты. Этим он тоже обязан сходству с летучими мышами: известно, что изгибая крылья при подъёме, животные используют только 65% энергии, которая понадобилась бы, если бы они были расправлены. «Когда летучая мышь взмахивает крыльями, они наполняются воздухом и деформируются, подобно листу резины. А затем, во время хода вниз, крылья выбрасывают воздух. Так что вы получаете значительное усиление мощности просто за счёт использования гибких мембран самого крыла», — объясняет Сет Хатчинсон (Seth Hutchinson), профессор Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне и один из авторов исследования.
Учёные считают, что новые дроны были бы востребованы в строительстве. «Беспилотники могли бы летать по стройке, наблюдать и сравнивать информационную модель здания с тем, что там сооружают на самом деле», — говорит Хатчинсон. «К примеру, в ситуации, когда дрону нужно оставаться на месте, наши роботы будут не парить, а сидеть на стальных конструкциях, боковых стенах или потолочных рейках, — добавляет он. — Это более надёжное решение, к тому же энергии будет тратиться гораздо меньше. Квадрокоптерам сложно парить, особенно в присутствии ветра — даже лёгкого — что на стройках не редкость. Более того, посадить обычный дрон или квадрокоптер в таких необычных местах практически невозможно».
У Bat Bot нет мощного мотора, он не издаёт громких шумов, поэтому дрона удобно использовать даже в местах скоплений людей. Робота, оснащённого детектором радиации, 3D-камерой, датчиками температуры и влажности можно было бы отправить разведать обстановку после аварии на атомной электростанции или послать в шахту. Пока Bat Bot не умеет доставлять посылки, но в следующей версии это может измениться: инженеры считают, что смогут использовать преимущества гибких крыльев для подъёма грузов.
«Наконец, этого робота можно использовать для изучения полёта летучих мышей, — добавляет Хатчинсон. — Существующие методы опираются на системы захвата движения, которые регистрируют траектории движения конечностей и суставов во время полёта с помощью высокоскоростных камер. Хотя этот подход позволяет эффективно анализировать кинематику суставов во время полёта летучей мыши, но с его помощью нельзя понять, как отдельные паттерны движения влияют на исполнение конкретного манёвра». С помощью нового дрона учёные могут реконструировать движения животного и получить необходимые данные.
