Летающие насекомые обладают удивительными способностями, могут приземляться на стены из различных материалов и взбираться по ним. При этом они плавно переключаются между двумя режимами локомоции. Лишь немногие биомиметические роботы способны выполнять сложные локомоционные задачи, сочетающие в себе две способности - лазание и полет.
Это связано, прежде всего, с тем, что существующие системы полета на машущих крыльях, способные зависать, не могут создать достаточную подъемную силу для поддержки робота на вертикальной поверхности. В то время как роботы способные фиксироваться на различных типах поверхностей не являются всесторонними.
Кроме того, необходимо изучить метод управления переходом "полет-перемещение", чтобы разработать режим движения, эффективно имитирующий посадку и взлет насекомых со стены.
Недавно сотрудники Nanjing University of Aeronautics & Astronautics (NUAA) разработали новую стратегию управления переходом от одной ориентации к другой. Бионический робот, обладающий способностью летать и лазать, может совершать плавные движения, включая посадку на вертикальную стену, подъем вдоль стены и взлет с нее.
Руководитель исследования Айхонг Цзи указывает, что робот с возможностью многопрофильного движения может расширить возможности и решить ряд проблем, например "ограниченность применения и сложность взаимодействия с внешними физическими величинами".
Разработанный робот успешно продемонстрировал способность приземляться, подниматься и взлетать с вертикальных стен из различных материалов, включая стекло, дерево, мрамор, кору дерева, эластичную ткань, известковую стену и окрашенный железный лист. Такая последовательность действий часто встречается в природе, например, когда муха, пролетев некоторое расстояние, приземляется на стену, поднимается на удобное для нее место и затем перелетает на следующее место. Это имеет важное значение для понимания процесса взлета и посадки насекомых.
"Насекомые могут как летать в воздухе, так и карабкаться по стене, чему способствует их ловкое управление машущими крыльями и позой тела. Они используют крылья, ноги и визуальную информацию для координации взлета и посадки, - говорит Цзи. - Подъемная сила, создаваемая машущими крыльями, направлена вверх, когда насекомое парит, а положение тела можно произвольно менять. Особенно при посадке на стену или взлете со стены необходимо выполнить ряд сложных модульных действий, включая торможение тела и поворот тела на большой угол. Мы с воодушевлением поняли, что бионический робот-амфибия, обладающий способностью поворачиваться на большой угол, должен завершать переход от полета к лазанию, имитируя управление позой тела насекомого".
Но в отличие от расположения лап насекомого относительно его тела, у робота летающая часть расположена над корпусом, отметил Цзи. В статье говорится, что "таким образом, сила летающей части робота может не только обеспечить аэродинамическое поглощение отрицательного давления для лазающей части, но и противостоять опрокидывающему моменту, возникающему под действием силы тяжести".
"Для того чтобы оптимизировать схему перехода "полет-лазание" бионического робота, мы провели несколько предварительных испытаний, - сказал Цзи. - Процесс перехода тесно зависит от конструкции гибридной схемы и требует согласованного управления исполнительными механизмами".
Команда провела количественную оценку характеристик робота. Робот может выполнять непрерывные и полные переходы воздух-стена-воздух за 6,1 с. Это позволяет ему пересекать границу воздух-стена за 0,4 с (приземление), а границу стена-воздух - за 0,7 с (взлет). Скорость подъема по вертикальной стене составляет 6 см/с. Это продемонстрировало способность робота переходить от полета в воздухе к подъему на стену и подтвердило целесообразность общей схемы конструкции и стратегии управления.
Исследование было опубликовано в журнале Research.
Комментарии
(0) Добавить комментарий