Создан крылатый робот, летающий и ныряющий как утка

Инженеры Массачусетского технологического института разработали крылатого робота FAAV весом менее 300 граммов. Он способен летать в воздухе и плавать под водой за счет машущих крыльев. Устройство, имитирующее движения ныряющих птиц, таких как утки, успешно протестировали в лаборатории и на Женевском озере. Робот эффективно меняет среды, подбирая оптимальную частоту взмахов. В будущем он поможет океанологам дешево и безопасно собирать пробы воды или планктона в труднодоступных местах.

В природе существует около 100 видов птиц-амфибий, включая уток, кайр, гагар и буревестников. Их кости более тяжелые и плотные, чем у обычных пернатых, что уменьшает плавучесть и помогает нырять. Крылья под водой трансформируются в жесткие ласты, а затем снова расправляются для полета.

Разработчики изучили биологию птиц, совершающих около 10 взмахов в секунду в воздухе и 4 — в воде. Робот оснащен водонепроницаемым мотором, гибкими крыльями с гидрофобным покрытием и подвижным хвостом для регулировки наклона.

Тесты показали, что оптимальный размер крыльев — 80 сантиметров. С ними робот развивает скорость до 1 м/с под водой при частоте 5 взмахов в секунду, а в воздухе — до 6 м/с. Гибкость крыльев позволяет снижать амплитуду в плотной водной среде и сохранять подъемную силу в воздухе. Работа опубликована в журнале Science.

Для успешного вылета из воды инженеры решили задачу перехода между средами с разницей плотности в 1000 раз. Эксперименты показали: чтобы робот стабильно вылетал, угол наклона должен составлять ровно 70 градусов. При более крутом угле аппарат опрокинется назад, при меньшем — кончики крыльев зацепятся за воду.

Оказалось, что робот справляется с вылетом даже лучше настоящих птиц. Большинство водоплавающих вынуждены перебирать лапами по поверхности для разгона. Робот обошелся без этого. Инженеры планируют улучшить конструкцию крыльев, чтобы они могли не только махать, но и поворачиваться. Впереди полеты в условиях шторма и сильного ветра.

«Наша заветная мечта — чтобы океанологи, морские биологи и жители побережий запускали этого робота с лодки или с берега, и он летел к интересующему объекту, например, к айсбергу или стае китов, — говорит Рафаэль Зуфферей, доцент кафедры машиностроения MIT и ведущий автор исследования. — Мы хотим, чтобы он мог погрузиться в воду для проведения измерений или сбора образцов, и затем прилететь обратно, чтобы доставить данные».