Австралийская пустельга nankeen kestrel (Falco cenchroides) выполняет в воздухе маневры, с которыми трудно сравниться даже многим современным летательным аппаратам. Эти небольшие соколы считаются одними из самых устойчивых птиц в полете: эволюция приспособила их к очень порывистым и нередко сильным ветрам Австралии. Птицы способны в реальном времени очень точно корректировать движения и даже зависать на месте в неблагоприятных условиях — а жесткие конструкции самолетов повторяют это с большим трудом.
Для инженеров-аэродинамиков это и без того сложная задача, а в будущем она может стать еще острее: из-за изменения климата атмосферная турбулентность, как ожидается, будет усиливаться. Почти наверняка это превратится в еще более серьезную проблему для общества, которое все сильнее зависит от малых беспилотных летательных аппаратов (sUAV) для картографирования, оценки состояния сельхозугодий, спасательных операций и даже быстрой доставки посылок.
Современные sUAV обычно используют лишь несколько решений для компенсации ветра, чтобы сохранить баланс между стоимостью, массой и маневренностью. Но для полетов в опасных условиях этого недостаточно. Поэтому международная группа исследователей создала роботов по образцу пустельги и испытала их в жестких условиях внутри мощных аэродинамических труб. Результаты, недавно опубликованные в двух исследованиях в Journal of the Royal Society Interface, указывают на новые подходы к созданию более эффективных, надежных и безопасных sUAV.
Если коротко, задача сводится к тому, чтобы перенести в летающих роботов как можно больше приемов, которыми пользуется пустельга.
«Птицы не полагаются на какой-то один способ реакции на порывы ветра, — объяснил в заявлении инженер Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) и соавтор исследования Мэтт Пенн. — Они постоянно меняют положение крыльев и хвоста, чтобы сохранять равновесие, а естественная гибкость перьев и суставов помогает смягчать резкие изменения воздушного потока».
Испытания в аэродинамической трубе в основном были сосредоточены на том, как такие параметры, как выдвижение крыльев и раскрытие хвоста, влияют на создаваемую силу и устойчивость. В числе результатов команда Пенна подтвердила, что совместная работа выдвинутых крыльев и хвоста у пустельги повышает подъемную силу и одновременно уменьшает нежелательные колебания.
«Создав роботизированную копию, мы смогли измерить, как конкретные движения влияют на устойчивость в полете, — рассказал инженер-аэрокосмической отрасли RMIT и соавтор работы Марио Мартинес Гровс-Рейнс. — Многие из этих приемов могут улучшить маневренность небольших летательных аппаратов, которые сталкиваются с трудностями, похожими на те, что испытывают пустельги».
Следующим этапом исследователи хотят выйти за рамки одной только механики и изучить, как пустельга чувствует окружающую среду и интерпретирует ее. Прогресс в этой области может дополнительно улучшить бортовые навигационные технологии sUAV наряду со структурными изменениями конструкции.
«Это исследование показывает, каких результатов можно добиться, если инженеры обращаются к природе в поиске решений», — добавил инженер RMIT и соавтор исследования Абдулгани Мохамед.
Разработка может помочь сделать малые беспилотники устойчивее при сильном ветре и турбулентности. Это особенно важно для задач, где сбой в полете критичен: от картографирования и мониторинга полей до поисково-спасательных работ. Пока речь идет об исследованиях, но они показывают, какие инженерные решения могут появиться в новых поколениях sUAV.
Читайте так же:
- Инъекционные нанороботы могут помочь в лечении травм позвоночника
- Робот, созданный в стиле ската, раскрывает тайну того, как плавают скаты
- Как беспилотным автомобилям «видеть» лучше: сделать их датчики более похожими на человеческое зрение
