Инженеры создали ныряющего робота-птицу для океанографических исследований

Революционный гибридный аппарат для исследования океана

Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали робоптицу, способную летать, плавать под водой и самостоятельно взлетать с водной поверхности. Полученный прототип, названный FAAV (flapping-wing aerial-aquatic vehicle), может стать основой для нового класса исследовательских дронов.

Биомеханика и конструкция

Робот массой менее 300 граммов копирует способ передвижения ныряющих птиц — тупиков, буревестников и зимородков. Конструкция включает герметичный фюзеляж, два гибких крыла и управляемый хвостовой стабилизатор. Внутри корпуса размещён аккумулятор и электродвигатель с кривошипным механизмом, задающий частоту взмахов крыльев около пяти в секунду.

Крылья изготовлены из тонких мембран с гидрофобным нанопокрытием, ускоряющим удаление воды. Направление тяги меняет угол хвоста — это позволяет аппарату набирать высоту или погружаться. Первый прототип поворачивать в стороны не умеет.

Эксперименты и результаты

Испытания проводились в лабораторном бассейне и на Женевском озере. Три комплекта крыльев размахом 60, 80 и 100 см позволили оптимизировать характеристики. Наиболее устойчивой оказалась конфигурация со средними крыльями (80 см) — они достаточно гибкие для снижения амплитуды в плотной воде, но жёсткие для создания подъёмной силы в воздухе.

При частоте взмахов около 5 Гц робот развивает под водой скорость почти 1 м/с, а после выхода на поверхность — до 6 м/с в воздухе. Для успешного взлёта требуется угол наклона тела около 70°, чтобы кончики крыльев не задевали воду. В отличие от живых птиц, использующих лапы для отрыва, FAAV взлетает исключительно за счёт крыльев и хвоста.

Перспективы применения

Результаты исследления опубликованы в журнале Science. Важным достижением стало демонстрирование возможности одновременной работы в двух средах при помощи одного двигателя, несмотря на тысячуfold разницу в плотности воды и воздуха.

В дальнейшем инженеры планируют добавить механизм поворота крыльев, протестировать аппарат при волнении и сильном ветре. Подобные роботы смогут экономить время океанографам: долетать до айсбергов, портовых сооружений или групп морских животных, погружаться для отбора проб и возвращаться с данными.

Научная значимость

Технология основана на данных о механике полёта и плавания более 100 видов птиц. Мелкие виды машут крыльями 10 раз в секунду в воздухе и 4 раза в воде — эти параметры адаптировали для системы массой под 300 граммов.

Разработка открывает путь к созданию лёгких автономных систем для регулярного мониторинга океана. Вместо разовых экспедиций данные можно будет собирать ежечасно, что раньше было невозможно.