Голландский робот-голубь показал, как птицы обходятся без руля направления
Учёные из Гронингенского (Нидерланды) и Стэнфордского (США) университетов создали прототип робота-голубя, который помог им понять, как пернатые во время полёта обходятся без так называемого руля направления — это один из главных инструментов, без которого не может «жить» ни один самолёт.
Птицы не имеют вертикального хвостового киля. Это не мешает им сохранять устойчивость в условиях турбулентности без закрылок. А вот железные птицы не могут обходиться без так называемого вертикального оперения — оно позволяет контролировать курс и предотвращать крен в сторону при так называемом эффекте голландского шага. Такие колебания возникают, когда поперечная устойчивость воздушного судна велика по сравнению с путевой устойчивостью.
Птицы добиваются устойчивости за счёт изменения форм крыльев и хвоста, а вот в самолётах устойчивость по крену, тангажу (задирание/опускание носа) и рысканию достигается путём использования руля направления и элерона руля. И если, как говорят учёные, от горизонтального оперения можно отказаться, использовав стреловидную форму крыла и загнутые аэродинамические профили, то с вертикальным оперением, которое обеспечивает самолёту путевую устойчивость, управляемость и балансировку относительно вертикальной оси, дела обстоят сложнее.
Чтобы наглядно продемонстрировать, как птицы во время полёта меняют форму крыла и хвоста, учёные создали робота-птицу и назвали его PigeonBot II. Конструкция состоит из биомиметического скелета и 52 (40 маховых и 12 хвостовых) настоящих голубиных перьев. Особенность робота заключается в том, что он может расправлять крылья, поднимать их и направлять в разные стороны. Также учёные отметили, существует специальные алгоритм, имитирующий нервно-мышечные рефлексы пернатых, которые, по мнению орнитологов, птицы используют, чтобы стабилизировать своё тело во время полёта. Масса робота составляет 300 граммов, и этот вес соответствует весу небольшой птицы.
Кроме того, конструкция предполагает наличие девяти сервоприводов и двух небольших пропеллеров, установленных на каждом запястье. С их помощью робот способен подниматься и опускаться, а также кружить. Изначально испытания же PigeonBot II провели в аэродинамической трубе без пропеллеров. Таким образом удалось настроить установленный адаптивный рефлексивный контроллер. Всё это позволило роботу стабилизировать своё положение и успешно пройти тест на открытом воздухе.
Авторы научной работы уверяют, в будущем она поможет инженерам создать более лёгкую конструкцию самолёта без вертикального стабилизатора.