Новые крылья и реактивные двигатели для плавающих и летающих роботов

Новые крылья и реактивные двигатели для плавающих и летающих роботов

Мультимодальные роботы предназначены для движения по разным типам местности. Под словом «местность» подразумевается не только земля, ведь концепты роботов из этой статьи должны покорять как воздушные, так и водные пространства с помощью машущих крыльев и реактивного водяного двигателя.

Первым примером новых конструкций стало исследование Якоба С. Израилевича и Майкла С. Триантафиллу из Массачусетского технологического института, посвященное подвижным крыльям и гибридным двигательным системам. Авторы отмечают, что существует несколько видов птиц, которые одинаково хорошо летают и плавают, на чем и основана их работа.
Мы уже видели несколько моделей летающих роботов с машущими крыльями и роботов, использующих ласты для движения под водой, но скомбинировать эти две способности довольно трудно из-за сложностей в оптимизации несущих поверхностей для полета и плавания одновременно. Идея исследователей из Массачусетского технологического института в том, чтобы разделить крыло на две части и внедрить активный контроль угла поворота внешней части крыла. Если крыло сможет поворачиваться в разные стороны, то это может обеспечить тягу для плавания (если двигать их назад) и для полета (если двигать вверх-вниз). Вот приблизительная схема этих движений:

Новые крылья и реактивные двигатели для плавающих и летающих роботов

Сравнение: движение назад (А), движение вверх-вниз (В). Животные могут менять направления силы за счет изменения угла β по отношению к встречному потоку.

Новые крылья и реактивные двигатели для плавающих и летающих роботов

Концепция крыльев: вид сверху (А), воздушная конфигурация (В) и водная конфигурация (С).

В воздухе робот летит, используя крыло от фюзеляжа до середины. Движение крылом вниз смещает угол атаки и повышает подъемную силу обоих участках крыла. Махи внешней части, синхронизированные с активным движением, обеспечивают тягу.
В подводном режиме площадь от фюзеляжа до середины крыла деактивируется, и площадь атаки устанавливается на нуле. Внешнее крыло обеспечивает тягу за счет сильных махов назад.
Эксперименты с прототипами показали «повышенную производительность для движения под водой и достаточную производительность для поддержания веса в воздухе», но существует еще много возможностей для оптимизации. Даже с достаточно мощными крыльями переход между двумя состояниями (особенно из воды в воздух) по-прежнему остается проблемой. Но её можно решить, добавив больше мощности.

Новые крылья и реактивные двигатели для плавающих и летающих роботов

Это концепт «ныряющего» робота AquaMAV, описанного в другом исследовании, проведенном Робертом Сиддаллом и Мирко Ковачем из Имперского колледжа в Лондоне.

AquaMAV осуществляет контролируемой падение в воду, а затем использует реактивную тягу для того, чтобы вернуться обратно в воздух. По идее, он может делать это даже в условиях ограниченного пространства и волнах среднего размера, что делает его гораздо более универсальным, чем гидро-дроны, которым нужна своего рода взлетная полоса, чтобы вылететь из воды.
Применение водяных реактивных двигателей является новинкой для такого вида робототехники, но животные успешно пользуются этим методом на протяжении веков, особенно летающие кальмары. Чтобы «научить» робота выпускать струю воды, исследователи разработали 40-граммовый движок, работающий на жидком СО2, способный разогнать 70-граммовый объект до 11 м/с за треть секунды.
В движке используется сплав с памятью формы и суперконденсаторными возможностями, который приводит в действие клапан резервуара с CO2, после чего газ выходит через углеродный цилиндр, открытый с другой стороны. При погружении цилиндр заполняется водой, которая затем выталкивается двигателем, создавая тягу.

Оба проекта довольно далеки от практического запуска, тем более, что никто из них еще не построил полноценных опытный образец. Но в будущем их хотят использовать для масштабных морских исследований. Уже существуют надводные и подводные роботы, которые могут брать пробы воды и другие образцы, но они двигаются очень медленно, поэтому летающие роботы, способные погружаться в воду кажутся перспективной идеей для ускорения морских исследований.

Система Orphus
comments powered by Disqus
 
Top