При проектировании малых беспилотников, которым необходимо быстро маневрировать на коротких дистанциях с сохранением устойчивости,  разработчикам приходится учитывать, что механика полёта любого БЛА значительно отличалась от природных прототипов.

PigeonBot, БЛА, БПЛА, Стэнфордский университет, США, птица, крыло, полет, управление, управляемость, крен, форма, менять форму

Исследование стэнфордских ученых выявило, что асимметрия спроектированного ими крыла автоматически приводит к постоянному углу крена. Для своего исследования ученые создали робота под названием PigeonBot, который имеет пару «биогибридных морфинговых крыльев». Роботизированный голубь, крылья которого могут менять форму, как у настоящих пернатых используется для проверки новых принципов управления. 

PigeonBot, БЛА, БПЛА, Стэнфордский университет, США, птица, крыло, полет, управление, управляемость, крен, форма, менять форму
Основываясь на полученных результатах, команда создала робота с настоящими голубиными перьями — его искусственные запястья и пальцы могут изменять форму крыла. spectrum.ieee.org
 

Одним из самых интересных аспектов PigeonBot является то, что ученые оснастили летающего робота настоящими птичьими перьями (40 штук). Исследователи обнаружили, что крошечные микроструктуры на перьях образуют своего рода односторонний материал типа липучки, который удерживает их в форме непрерывной поверхности, а не связки разъединенных. «Эта работа очень впечатляет», говорит Алиреза Рамезани, инженер-профессор Северо-Восточного университета, который недавно был частью команды, создавшей робота по подобию летучей мыши. Рамезани предполагает, что подобные роботы, могут быть использованы в разведке и доставке.

PigeonBot, БЛА, БПЛА, Стэнфордский университет, США, птица, крыло, полет, управление, управляемость, крен, форма, менять форму
Ведущий автор исследования инженер и биолог из Стэнфорда Дэвид Лентинк рассказал, что в будущем его команда планирует создать робота, использующего принципы биомеханики полета сокола. spectrum.ieee.org

Ожидается, что БЛА с птицеподобными крыльями смогут делать более крутые повороты в загроможденных пространствах, например, вокруг зданий или в лесах.

 

Разработчики решили не запатентовывать результаты, чтобы их открытие могло принести пользу обществу в целом.

 

 

Исследование

 

Возглавляющий проект профессор Дэвид Лентинк поручил своей команде изучить модель полёта обычного голубя. В ходе работ оценивались движения скелета птиц, включая движения «запястья» и «пальцев» для управления 20 «основными» и 20 «вспомогательными» перьями.

PigeonBot, БЛА, БПЛА, Стэнфордский университет, США, птица, крыло, полет, управление, управляемость, крен, форма, менять форму
Создатели PigeonBot основывались в своей работе на анатомии настоящих голубей. Они сгибали и расправляли крылья мертвых птиц, чтобы выяснить, как пернатые контролируют их форму. spectrum.ieee.org

Также изучалось движение перьев в ответ на изменение положения костей. В отличие от классического робота, птице нет необходимости управлять каждым пером по отдельности — этим «автоматически» занимаются эластичные ткани, соединяющие перья и кости. Кроме того, выяснилось, что микроструктура перьев обеспечивает их сцепление друг с другом, позволяя превратить крыло в единую поверхность.

PigeonBot, БЛА, БПЛА, Стэнфордский университет, США, птица, крыло, полет, управление, управляемость, крен, форма, менять форму
С

Аэродинамическое моделирование предсказывает связанный крен и неблагоприятное отклонение от курса из-за асимметричного морфинга. (A) Приближение геометрии PigeonBot, используя квантованную геометрию крыла для аэродинамического моделирования с кодом потенциального потока (B) Результаты коэффициента момента представлены в показанной системе отсчета, с положительным креном и рысканием, указывающим поворот вправо. Моделирование комбинаций морфинга левого (θsweep, левого) и правого (θsweep, левого) крыла с шагом 5 ° показывает коэффициенты связанного момента крена (C) и рыскания (D), сгенерированные получающимися в результате формы крыла. Положительные коэффициенты крутящего момента с отрицательными коэффициентами рысканья указывают на неблагоприятный рывок. (E) Отношение коэффициентов крутящего момента к рывку показывает пиковые отрицательные отношения рыскания для слегка асимметричных загибаемых крыльев. Робот может минимизировать отрицательное отклонение от вертикальной оси, используя удлиненные крылья, которые имеют лишь слегка асимметричную форму, сочетая симметричные удлиненные углы запястья с асимметричными углами пальцев (симметричные конфигурации крыльев не показаны, чтобы избежать деления на ноль). robotics.sciencemag.org

 

 

Использовав 40 голубиных перьев и лёгкую раму, команда разработала простую летающую машину. Для создания подъёмной силы крылья не используются — её обеспечивает классический винт. Сами крылья применяются для эффективных «птичьих» манёвров в воздухе. Разумеется, такие решения не нужны для авиалайнеров, летающих на длинные дистанции, но незаменимы для малых беспилотников, которым необходимо быстро маневрировать на коротких дистанциях с сохранением устойчивости.

PigeonBot, БЛА, БПЛА, Стэнфордский университет, США, птица, крыло, полет, управление, управляемость, крен, форма, менять форму
Исследуя настоящие перья, ученые из Стэнфорда обнаружили, что смежные перья прилипают друг к другу, чтобы противостоять скольжению в одном направлении, используя только микронные характеристики, которые исследователи называют «направленной липучкой». spectrum.ieee.org

.

 

Источник Источник

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!