Китайские инженеры создали паукообразного беспилотника QuadBoat для спасения утопающих
Робот-паук для спасательных операций
Исследователи из Шэньчжэньского института искусственного интеллекта и робототехники для общества (AIRS), Китайского университета Гонконга (CUHK) в Шэньчжэне и Технологического института Стивенса (Stevens Institute of Technology) представили беспилотный спасательный аппарат QuadBoat. Его конструкция вдохновлена пауками-рыболовами (Pisauridae), которые эффективно перемещаются по поверхности водоёмов благодаря длинным конечностям и устойчивому распределению веса.
Инновационная конструкция и адаптивность
QuadBoat представляет собой квадримаран — судно на четырёх поплавках с центральной платформой. Поплавки выполняют роль подвижных «ног», на концах которых установлены двигатели с винтами. Каждая нога имеет четыре степени свободы и может выдвигаться, подниматься и поворачивать поплавок, регулируя ширину и высоту подъёма над водой. Как отметили авторы разработки, такая четвероногая конфигурация обеспечивает высокую адаптивность и манёвренность.
Габариты аппарата меняются в процессе работы: ширина варьируется от 1,188 до 1,85 метра, высота — от 0,425 до 0,643 метра. Прототип весом 25 кг развивает скорость до 0,8 м/с, рассчитан на полезную нагрузку 20 кг и способен работать около двух часов. Питание обеспечивает литий-ионная батарея на 12 В ёмкостью 58 800 мА·ч.
Система управления и электроника
Управление беспилотником построено по каскадной схеме: модельно-прогнозирующий регулятор (MPC) рассчитывает передвижение корпуса, а отдельные регуляторы управляют скоростью и движением каждой «ноги». Для координации движений используется система управления на основе обратной кинематики. В центральном блоке размещены электронные компоненты, включая вычислительный модуль Raspberry Pi 4B с процессором ARM Cortex-A72 частотой 1,8 ГГц и 2 ГБ памяти. Управление отдельными конструктивными элементами — двигателями, винтами, сочленениями — осуществляются платами Arduino Nano. Камера распознаёт цель и оценивает её положение, связь с береговым компьютером осуществляется по беспроводной локальной сети.
Результаты испытаний и перспективы
Испытания прошли в бассейне размером 6 × 6 м и на открытой воде. Меняя положение ног, QuadBoat сужался и проходил через проём шириной 1,1 м, опускал корпус для движения под препятствием и поднимал его для пересечения невысокой преграды. При наведении с помощью камеры средняя ошибка позиционирования составляла 16–18 мм.
Однако эксперименты по спасению пока не оправдали себя полностью: робот на 70% успешно «спасал» манекены в бассейне и лишь в 50% случаев на открытой воде. Среднее время выполнения задания достигало соответственно 116 и 132 секунды.
Авторы подчёркивают, что предыдущие исследования спасательных роботов почти не затрагивали задачу извлечения человека из воды, сосредотачиваясь на поиске и обнаружении пострадавших. QuadBoat, по замыслу разработчиков, может дополнить существующие системы поиска, взяв на себя следующий этап операции — физическое спасение человека без прямого участия спасателя в воде. Следующим этапом станут испытания в более сложных условиях, приближённых к реальным спасательным операциям.
