Рафаэль Зуффери, аспирант Лаборатории интеллектуальных систем (ЛИЛИЯ) и биороботы ab (БиоРоб) в инженерной школе, является первым автором недавнего Сообщения о природе бумага описание уникального шасси, которое делает возможным такое приземление. Он построил и протестировал его в сотрудничестве с коллегами из Университета Севильи, Испания, где сам 700-граммовый орнитоптер был разработан в рамках европейского проекта грифон.

“Это первая фаза более крупного проекта. Как только орнитоптер сможет освоить автономную посадку на ветку дерева, у него появится потенциал для выполнения конкретных задач, таких как незаметный сбор биологических образцов или измерения с дерева. В конечном счете, он может даже приземлиться на искусственные сооружения, что может открыть новые области применения”, - говорит Цуффери.

Он добавляет, что возможность приземляться на жердочку может обеспечить более эффективный способ подзарядки орнитоптеров, которые, как и многие беспилотные летательные аппараты (БПЛА), имеют ограниченное время автономной работы, используя солнечную энергию, что потенциально делает их идеальными для полетов на большие расстояния.

“Это большой шаг к использованию роботов с машущими крыльями, которые на данный момент действительно могут совершать только свободные полеты, для задач манипулирования и других реальных приложений”, - говорит он.

Максимизация прочности и точности; минимизация веса и скорости

Инженерные проблемы, связанные с посадкой орнитоптера на насест без каких-либо внешних команд, требовали управления многими факторами, которые природа уже так идеально сбалансировала. Орнитоптер должен был иметь возможность значительно замедляться при посадке, сохраняя при этом полет. Коготь должен был быть достаточно прочным, чтобы ухватиться за насест и выдержать вес робота, но при этом не быть настолько тяжелым, чтобы его нельзя было удерживать в воздухе. “Это одна из причин, по которой мы выбрали один коготь, а не два”, - отмечает Цуффери. Наконец, робот должен был уметь воспринимать окружающую среду и насест перед собой в зависимости от своего собственного положения, скорости и траектории.

Исследователи достигли всего этого, оснастив орнитоптер полностью бортовым компьютером и навигационной системой, которая была дополнена внешней системой захвата движения, помогающей ему определять свое местоположение. Придаток лапы-когтя орнитоптера был точно откалиброван, чтобы компенсировать колебания вверх-вниз во время полета, когда он пытался заточиться и ухватиться за насест. Сам коготь был сконструирован таким образом, чтобы поглощать поступательный импульс робота при ударе и быстро и прочно закрываться, выдерживая его вес. Однажды взгромоздившись, робот остается на насесте без затрат энергии.

Даже с учетом всех этих факторов Зуффери и его коллеги преуспели, в конечном счете построив не один, а два орнитоптера с когтистыми лапами, чтобы повторить результаты их посадки.

Заглядывая в будущее, Zufferey уже думает о том, как их устройство можно было бы расширить и улучшить, особенно на открытом воздухе.

“На данный момент летные эксперименты проводятся в помещении, потому что нам нужно иметь контролируемую зону полета с точной локализацией с помощью системы захвата движения. В будущем мы хотели бы увеличить автономность робота для выполнения задач по посадке и манипулированию на открытом воздухе в более непредсказуемой среде ”.

Рекомендации

Зуфферей Р., Тормо-Барберо Дж., Фелиу-Талегон Д. и др. Как орнитоптеры могут автономно садиться на ветку. Национальная коммуна 13, 7713 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-35356-5