Создан уникальный робот-трансформер: он летает и ездит
Создание такого робота — важный шаг в разработке адаптивных и автономных устройств, которые смогут работать в сложной среде без необходимости участия человека.
Инженеры Калифорнийского технологического института (Caltech) создали уникального робота, который может трансформироваться прямо в воздухе, что делает его особенно устойчивым и маневренным в условиях сложной местности. Он получил название ATMO (aerially transforming morphobot), и совмещает в себе функции дрона и наземного транспорта с плавным переходом между полетом и передвижением по земле — даже на неровных или труднопроходимых поверхностях, где традиционные роботы подобного типа часто застревают после приземления.
ATMO использует для полета четыре турбины, каждая из которых заключена в защитную раму. Именно эти рамы трансформируются в колеса при переходе к наземному режиму. Инновация заключается в том, что вся трансформация осуществляется с помощью одного мотора, который приводит в движение центральный шарнир. Этот механизм поднимает или опускает турбины, превращая летающую машину в наземного робота и обратно.
В процессе разработки инженеры вдохновлялись природой — в частности, поведением птиц, которые могут изменять форму тела при переходе от полета к бегу, чтобы замедлиться и избежать столкновения с препятствиями. Такой биологический подход позволил создать систему, в которой гибкость и адаптивность встроены буквально на уровне конструкции. По словам автора работы, аспиранта по аэрокосмическим технологиям Caltech Йоанниса Мандралиса, возможность трансформации в воздухе делает разработанную ими систему подходящей не только для осуществления коммерческой доставки, но и для исследовательских миссий в труднодоступных местах.
Воплотить смелую идею на практике оказалось далеко не просто. Во время трансформации в воздухе, особенно при приближении к земле робот сталкивается с множеством аэродинамических проблем. Так же как и вертолеты, ATMO создает при посадке мощные воздушные потоки, которые отражаются от поверхности и вызывают турбулентность. При этом, в отличие от вертолета, у ATMO сразу четыре двигателя, которые создают дополнительные сложности из-за перекрестных воздушных потоков между ними.
Чтобы разобраться в механизме этих эффектов и преодолеть их, команда провела серию экспериментов в специализированной лаборатории дронов при Центре автономных систем и технологий Caltech. При помощи тензодатчиклв инженеры измерили, как меняются силы тяги во время трансформации. Дополнительно они использовали визуализацию дымом, чтобы наглядно отследить поведение воздушных потоков при изменении конфигурации робота.
Полученные данные легли в основу новой системы управления ATMO, которая была построена на основе модели предиктивного управления. Эта методика позволяет системе постоянно прогнозировать поведение робота в ближайшем будущем и в реальном времени адаптировать команды, учитывая изменяющиеся условия и возникающие силы. По мнению Мандралиса, именно эта интеллектуальная система управления является ключевым достижением проекта: «Когда робот начинает трансформацию, в его динамике появляются новые взаимосвязи и силы, и система управления должна мгновенно на это реагировать».
