Ženevos ežero pakrantėje, Šveicarijoje, École Polytechnique Fédérale de Lausanne yra daugybė robotikų. Čia taip pat gyvena daug paukščių, kurie didžiąją laiko dalį praleidžia užsiimdami paukščių reikalais. Išskyrus keletą išimčių, tie paukščiai iš tikrųjų neskraido: skraidyti yra daug darbo, ir daugelis paukščių suprato, kad gali tiesiog vaikščioti ant žemės, kur yra visas maistas, ir nepavargti. ištrūkti, nes reikia vėl ir vėl pakilti į orą.
„Kai EPFL miestelyje sutikdavau varnas, stebėdavau, kaip jos vaikšto, šokinėja per kliūtis ar šokinėja ant kliūčių ir šokinėja kilti“, – sako Won Dong Shin, doktorantas EPFL intelektualių sistemų laboratorija. „Nuolat pastebėjau, kad jie visada pašokdavo, kad pradėtų skrydį, net tada, kai būtų galėję panaudoti tik savo sparnus.
Shin yra pirmasis šiandien paskelbto dokumento autorius Gamta Tiriama, kodėl paukščiai šokinėja, kad pakiltų, ir kaip tai gali būti naudinga fiksuoto sparno dronams, kuriems kitu atveju reikia, pavyzdžiui, kilimo ir tūpimo takų ar katapultų, kad galėtų pakilti nuo žemės. Shin’s RAVEN (robotinė paukščių įkvėpta transporto priemonė įvairioms aplinkoms) su paukščių įkvėptomis kojomis gali šokinėti lygiai taip pat, kaip tai daro varnos, ir tomis pačiomis kojomis gali puikiai judėti ant žemės.
Drono paukščių įkvėptose kojose buvo laikomasi kai kurių pagrindinių biologinio dizaino principų, pavyzdžiui, gebėjimas kaupti ir išleisti energiją sausgyslėse panašiose spyruoklėse kartu su kai kuriais lanksčiais pirštais.Alenas Hercogas
Dar 2019 m. rašėme apie Pietų Afrikos startuolį Passerine kurios turėjo panašią idėją, nors daugiau dėmesio skyrė kojoms paleisti į orą fiksuotų sparnų krovininius dronus. Tai patraukli galimybė bepiločiams orlaiviams, nes tai reiškia, kad galite pasinaudoti nuotolio ir ištvermės pranašumais, kuriuos gaunate su fiksuotu sparnu, nesinaudodami neveiksmingomis gudrybėmis, pavyzdžiui, prisegdami krūvą papildomų sraigtų, kad pakiltumėte nuo žemės. „Iš stacionaraus kilimo į fiksuoto sparno transporto priemonę įtraukiama idėja yra bendra RAVEN ir Passerine idėja“, – sako Shin. „Pagrindinis skirtumas yra jų dėmesys: Passerine sutelkė dėmesį į mechanizmą, skirtą tik šokinėti, o RAVEN sutelkė dėmesį į daugiafunkcines kojas.
Biologiškai įkvėptas bepiločių orlaivių dizainas
Daugiafunkcinės kojelės priartina RAVEN prie paukščių, ir nors šios mechaninės kojos nėra tokios sudėtingos ir pajėgios kaip tikrosios paukščių kojos, jos atitinka kai kuriuos pagrindinius biologinio dizaino principus (pvz., gebėjimą kaupti ir išleisti energiją į sausgysles panašiose spyruoklėse kartu su kai kuriomis). lankstūs kojų pirštai) leidžia RAVEN judėti labai panašiai kaip paukštis.
Won Dong Shin
Nepaisant pavadinimo, RAVEN yra maždaug varnos dydžio, jo sparnų plotis yra 100 centimetrų, o kūno ilgis – 50 cm. Jis gali nueiti metrą per kiek mažiau nei keturias sekundes, peršokti 12 cm tarpus ir įšokti į 26 cm kliūties viršūnę. Šokinėjančiam kilimui RAVEN kojos varo droną į beveik pusės metro pradinį aukštį, o greitis į priekį yra 2,2 m/s.
RAVEN’o kojų pirštai yra ypač įdomūs, ypač po to, kai matai, kaip sunkiai vargšas robotas ištveria be jų:
Be kojų pirštų RAVEN pasodina veidą, kai bando vaikščioti.Won Dong Shin
„Buvo svarbu įtraukti pasyvų elastingą kojos pirštų sąnarį, kad būtų galima naudoti įvairius eisenos modelius ir užtikrinti, kad RAVEN galėtų šokinėti tinkamu kampu kilimui“, – aiškina Shin. Dauguma dvikojų robotų turi įjungiamas kojeles, kurios leidžia tiesiogiai valdyti pėdų kampus, tačiau robotui, kuris skraido, negalite tiesiog nenoriai pridėti pavarų visur, nes jos sveria per daug. Kaip yra, RAVEN yra 620 gramų dronas, kurio 230 gramų sudaro pėdos ir pirštai, pavaros ir dar daugiau.
Aktyvuoti klubo ir čiurnos sąnariai sudaro supaprastintą, bet vis tiek paukščio pavidalo koją, o čiurnos ir pirštų sąnarių spyruoklės padeda sugerti jėgą ir kaupti energiją.EPFL
Kodėl reikia pridėti kojas prie drono?
Taigi kyla klausimas, ar iš tikrųjų vertas viso šio papildomo svorio ir sudėtingumo pridėti kojas? Tam tikra prasme tikrai taip, nes robotas gali daryti tai, ko negalėjo padaryti anksčiau – vaikščioti ant žemės ir pats pakilti nuo žemės. Bet pasirodo, kad RAVEN yra pakankamai lengvas ir turi pakankamai galingą variklį, kad, kol yra atremtas tinkamu kampu, galėtų pakilti nuo žemės visiškai nešokdamas. Kitaip tariant, jei kojas pakeistumėte keliomis popsios lazdelėmis, kad pakreiptumėte drono nosį aukštyn, ar tai taip pat gerai veiktų ir ant žemės?
Tyrėjai tai išbandė ir išsiaiškino, kad kilimai be šokinėjimo buvo šlykštūs. Didelio atakos kampo ir mažo kilimo greičio derinys lėmė labai nestabilų skrydį – tai veikė, bet vos. Kita vertus, šokinėjimas baigiasi maždaug dešimt kartų daugiau efektyvesnis nei kilimas stovint. Straipsnyje apibendrinama, kad „nors šokinėjant kilimui reikia šiek tiek daugiau energijos sąnaudų, tai yra efektyviausias ir greičiausias būdas paversti paleidimo energiją į kinetinę ir potencialią skrydžio energiją“. Kaip ir paukščiai, RAVEN taip pat gali pasinaudoti savo kojomis ir judėti ant žemės daug efektyviau, palyginti su pakartotiniais trumpais skrydžiais.
Won Dong Shin laiko droną RAVEN.Alenas Hercogas
Ar šis dizainas gali būti pritaikytas didesniems fiksuoto sparno dronams?
Žinoma, paukščiai savo kojas naudoja įvairiems dalykams, be vaikščiojimo, šokinėjimo ir šokinėjimo, ir Won Dong Shin tikisi, kad RAVEN taip pat gali padaryti daugiau su savo kojomis. Akivaizdu, kad nusileidimui naudojamos kojos: „Paukščiai naudoja kojas, kad sulėtintų greitį ir sumažintų smūgį, ir tą patį principą būtų galima pritaikyti RAVEN kojoms“, – sako Shin, nors dronui reikėtų suvokimo sistemos, kurios jis dar neturi. susiplanuoti reikalus. Taip pat yra plaukimas, tupintis ir plėšimas, o tam reikia naujo pėdos dizaino.
Taip pat paklausėme Shino apie tai, ko reikėtų norint išplėsti šį dizainą, kad galbūt kada nors būtų naudingas krovinys. Shin atkreipia dėmesį į tai, kad viršijus tam tikrą dydį paukščiai nebesugeba šokinėti ir turi nušokti nuo kažko aukščiau arba atsidurti ant kilimo ir tūpimo tako. Tiesą sakant, kai kurie paukščiai pasieks stulbinamą ilgį ne turi atlikti šokinėjančius kilimus, kaip paaiškina geriausias visų laikų žmogus Davidas Attenboroughas:
BBC
Shinas atkreipia dėmesį į tai, kad inžinerinių sistemų mastelį paprastai yra lengviau nei biologines, ir jis atrodo optimistiškai nusiteikęs, kad kojos šokinėjant kilimui bus tinkamos didesniems fiksuoto sparno dronams, kurie galėtų būti naudojami pristatymui. Kuriama regėjimo sistema, kurią būtų galima naudoti tiek kliūčių išvengimui, tiek nusileidimui, taip pat sparnai, kurie gali susilankstyti, kad dronas galėtų praeiti pro siaurus tarpus. Galiausiai Shin sako, kad nori, kad dronas būtų kuo panašesnis į paukštį: „Aš taip pat noriu į RAVEN įtraukti plasnojančius sparnus. Šis patobulinimas leistų daugiau judėti paukščiams ir atneštų įdomesnių tyrimų klausimų.
“Greitas perėjimas iš žemės į orą su paukščių įkvėptomis daugiafunkcėmis kojomis“, Won Dong Shin, Hoang-Vu Phan, Monica A. Daley, Auke J. Ijspeert ir Dario Floreano iš EPFL Šveicarijoje ir UC Irvine, pasirodo gruodžio 4 d. Gamta.
Iš jūsų svetainės straipsnių
Susiję straipsniai visame internete
