Беспилотные летательные аппараты (БЛА) — или беспилотники
как они более широко известны — настроены на революцию
ряд отраслей. Будь то судоходство, сельское хозяйство или военное дело, иногда вам нужна машина для выполнения мужской работы.
По мере того как беспилотники становятся все меньше и меньше, инженеры должны быть более изобретательны, чтобы использовать все необходимые технологии. Вдохновение для некоторых из передовых дронов будущего начало поступать из маловероятного источника: ошибок.
Природа — отличный инженер. Миллиарды лет естественного отбора
сделали насекомых более квалифицированными, чем любое другое существо, для навигации в их конкретных средах обитания. Когда инженеры хотят поместить дроны в подобные ситуации, имеет смысл только проконсультироваться с оригинальным экспертом — эволюцией.
Давайте рассмотрим некоторые из способов, которыми крошечные дроны будущего могут напоминать насекомых.
Гудящие крылья
Фотография выше показывает «робо-муху» рядом с краем ни копейки за масштаб. Это продукт армии США, который он планирует использовать для целей скрытого наблюдения. Быстро проходя через опасные закрытые помещения со скоростью 20 метров в секунду, крошечный беспилотник позволит проводить шпионаж с меньшим риском для жизни человека.
Это является частью программы быстрой облегченной автономии военных, целью которой является разработка новых алгоритмов, позволяющих небольшим беспилотникам перемещаться по зданиям без использования дистанционного пилота или путевых точек GPS.
,
«Хищные птицы и летающие насекомые демонстрируют те возможности, которые мы хотим для небольших беспилотных летательных аппаратов», — сказал CNN Марк Микир, руководитель программы DARPA. «Ястребы, например, могут очень быстро летать через густой лес, не врезаясь в дерево. Многие насекомые тоже могут прыгать и парить с невероятной скоростью и точностью ».
Крылья «робо-мухи» изготовлены из титаната циркония, или PZT, материала, который колеблется и изгибается при приложении напряжения.
Исследовательская группа продемонстрировала, что с помощью этого метода они могут создавать подъемную силу, поэтому конструкция может летать. Тем не менее, может потребоваться 10–15 лет дополнительных исследований для разработки алгоритмов стабильности, прежде чем в армии появится полнофункциональный беспилотник для насекомых.
Водолазные ноги
Исследовательской группе из Сеульского национального университета и Гарварда удалось создать крошечного робота, способного ходить по воде и даже прыгать с ее поверхности, не погружаясь.
Хотя это обычно ассоциируется со сверхъестественным, но ходьба по воде удивительно распространена в мире природы, и крошечные насекомые особенно хороши в этом. Одним из таких насекомых является водолаз, четвероногий член семейства Gerridae. Он использует поверхностное натяжение воды, чтобы без усилий сидеть на вершине, не пробиваясь, и он может даже уклоняться от опасности.
Исследовательская группа изучила водного страйдера, чтобы лучше понять, что он делает, в надежде подражать его поведению с помощью робота. Самая большая борьба, согласно их опубликованным результатам, заключалась в достижении прыжка без разрушения поверхностного натяжения. После наблюдения большого количества водных страйдеров и анализа их движений ученые взломали код: ноги водного стримера слегка изогнуты на концах, и его движение ноги вращательное, что позволяет ему прыгать, не прорываясь через воду.
Результатом является роботизированное насекомое, которое может в 16 раз превышать собственный вес тела на поверхности воды, не прорываясь, без необходимости очень сложных средств контроля. Эти машины могут быть использованы для мониторинга экологии, убивать настоящих насекомых, таких как комары, или почти все, что связано со стоячей водой.
Сегментированные глаза
Крошечные дроны не просто ищут насекомых для локомотивного вдохновения — их системы зрения также могут быть полезны. Несмотря на то, что зрение насекомых далеко от HD, оно помогает им избегать столкновений при навигации в ограниченном пространстве — то, что должны делать маленькие БПЛА.
Некоторые пытались решить проблему столкновений с цифровыми камерами, но они, как правило, плохо сочетаются с необходимостью небольшого и чрезвычайно легкого пакета. Группа исследователей из Швейцарского федерального технологического института недавно применила другой подход, разрабатывая новый датчик движения, вдохновленный насекомыми, для беспилотных летательных аппаратов.
Искусственный глаз весит всего два миллиграмма и занимает всего два кубических миллиметра, и он может обнаруживать движение в диапазоне условий от плохо освещенной комнаты до яркого солнечного света на улице — в три раза быстрее, чем у реальных летающих насекомых.
Датчик оснащен линзой сверху трех электронных фотоприемников треугольной формы. Комбинируя измерения каждого из отдельных фотоприемников, устройство может быстро определять скорость и направление любого движения в своем поле зрения. Это очень похоже на то, как работают сегментированные глаза насекомых, и позволяет очень эффективно избегать препятствий.
Алгоритмы уже были разработаны для обработки сигналов от глаз, и они будут запрограммированы в небольшие встроенные микросхемы для вычисления таких вещей, как расстояние до объектов и количество времени до потенциального столкновения.
Что вы думаете об этой вдохновленной насекомыми технологии беспилотного летательного аппарата? Могут ли БПЛА научиться другим трюкам с натуры? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже!
Изображение предоставлено: «Оса робота» Линды Баклин через Shutterstock, Армия США, Wikimedia Commons
