Все чаще мы видим, как исследователи разрабатывают роботов, вдохновляясь природой и биологией, и внедряют биологические принципы в механизмы для расширения их возможностей.
Один из таких проектов — «RoboBees» Гарвардского университета, цель которого заключается в создании автономных роботов-насекомых, способных к длительному и самостоятельному полету. В будущем механизмы с подобными характеристиками смогут участвовать в разведывательных операциях, помогать в организации удаленной связи и выступать в роли искусственных опылителей.
Группа исследователей под руководством Роберта Вуда, профессора инженерии и прикладных наук Гарвардского университета, разработала сложные крошечные устройства, которые вскоре смогут летать полностью автономно. Чтобы достичь этого, команде пришлось продвинуть вперед фундаментальную науку — от методов микропроизводства и создания новых материалов для приводных механизмов до компактных накопителей энергии и алгоритмов, управляющих как отдельными роботами, так и целыми роями.
В процессе работы были созданы новые методы производства устройств миллиметрового размера на основе ламинирования и складывания, новые датчики для мобильных вычислений, а также энергоэффективные алгоритмы координации для групп, состоящих из сотен и тысяч совместно работающих машин. Ученых вдохновила способность насекомых самостоятельно взлетать, ориентироваться в пространстве и быстро выполнять задачи, несмотря на свои крошечные размеры.
«Пчелы и другие социальные насекомые служат потрясающей моделью для инженерных систем, способных маневрировать в неструктурированной среде, анализировать окружение, обмениваться информацией и выполнять сложные задачи в составе коллектива из относительно простых особей», — отметил Вуд. «Проект RoboBees вырос из этого вдохновения и позволил найти решения множества фундаментальных проблем, связанных как с малыми размерами отдельного робота, так и с огромным масштабом всей системы».
Робопчела (RoboBee)
Нынешняя версия робопчелы весит всего 84 миллиграмма — примерно столько же, сколько настоящая пчела (возможно, даже немного меньше). В ходе разработки команда наделила робота новыми возможностями, например, способностью плавать. Сейчас исследователи работают над тем, чтобы научить робопчел воспринимать окружающую среду с помощью лазеров.
В прошлом месяце команда сообщила, что их разработка научилась цепляться за поверхности во время полета для экономии энергии — подобно тому, как это делают летучие мыши, птицы и бабочки.
«Использование адгезивных материалов, которые управляются без сложных физических механизмов, потребляют мало энергии и способны прилипать к самым разным поверхностям, идеально подходит для маневренных роботов с ограниченной грузоподъемностью, таких как RoboBee», — подчеркнул Вуд. «При создании машин размером с насекомое простота и низкое энергопотребление всегда остаются ключевыми ограничениями».
Однако исследования в рамках проекта на этом не заканчиваются. В настоящее время команда старается сделать механизм посадки всенаправленным, чтобы робот мог приземляться где угодно. Также разрабатываются встроенные источники питания, которые дадут робопчелам возможность летать без проводов.
По словам Вуда, пройдет еще от 5 до 10 лет, прежде чем RoboBee будет готов к практическому применению в реальных условиях.
«Воздушные микророботы обладают огромным потенциалом для масштабного развертывания сети датчиков в труднодоступных, обширных и опасных местах. Тем не менее, полет требует больших затрат энергии, а ограничения современных технологий ее хранения серьезно сокращают время нахождения в воздухе», — отметил Джордан Берг, директор программ Национального научного фонда (NSF), знакомый с проектом. «Поскольку возможности летающих насекомых значительно превосходят возможности машин аналогичного размера, многие исследователи ищут вдохновение в природе. Проекты вроде этого показывают, что инновационные решения могут рождаться на стыке биологических концепций и инженерных методов».
