Dron, który skacze i wzbija się do lotu jak ptak

Szwajcarscy naukowcy zbudowali drona, który może chodzić, skakać i podrywać się do lotu, używając „ptasich” nóg, co znacznie poszerza możliwości jego zastosowań – informuje „Nature”.

Skrzydła ptaków są odpowiednikiem przednich nóg u czworonogów lądowych, ale niewiele wiadomo o koordynacji nóg i skrzydeł u ptaków – nie mówiąc już o poruszających skrzydłami dronach.

Dron RAVEN (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments) jest dziełem zespołu z Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne w Szwajcarii, kierowanego przez profesora Dario Floreano.

Nogi robota zaprojektowano, wzorując się na ptakach siadających na gałęziach, takich jak kruki i wrony, które często startują i lądują. Dzięki tej inspiracji dron może autonomicznie startować i lądować w środowiskach, które wcześniej były niedostępne dla uskrzydlonych dronów.

"Ptaki były inspiracją dla samolotów, a bracia Wright spełnili to marzenie, ale nawet dzisiejsze samoloty są nadal dość dalekie od tego, do czego zdolne są ptaki" – powiedział doktorant Won Dong Shin. "Ptaki mogą przejść od chodzenia do latania i z powrotem, bez pomocy pasa startowego lub wyrzutni. W robotyce nadal brakuje platformy inżynieryjnej dla tego rodzaju ruchów".

Dzięki kombinacji modeli matematycznych, symulacji komputerowych i eksperymentów z kolejnymi prototypami, uzyskano bardzo zróżnicowane możliwości poruszania się przy minimalnej masie urządzenia: cały dron waży tylko 0,62 kilograma.

Cięższe elementy nogi pozostają blisko "ciała", podczas gdy połączenie sprężyn i silników naśladuje silne ścięgna i mięśnie ptaków. Lekkie stopy (oczywiście podobne do ptasich) składają się z dwóch przegubowych struktur połączonych pasywnym, elastycznym stawem, który pozwala na przyjmowanie różnych postaw podczas chodzenia, podskakiwania i skakania.

Twórcom RAVENa udało się nie tylko zbudować najbardziej zaawansowanego skrzydlatego drona, ale również dokładniej zbadać energetyczną wydajność skoków, dzięki którym mogą startować zarówno ptaki, jak i drony

Wcześniejsze roboty zaprojektowane do chodzenia były zbyt ciężkie, aby skakać, natomiast roboty zaprojektowane do skakania nie miały stóp odpowiednich do chodzenia. Unikalna konstrukcja RAVENa pozwala mu chodzić, pokonywać szczeliny w terenie, a nawet wskakiwać na powierzchnię podwyższoną o 26 centymetrów. Naukowcy eksperymentowali również z różnymi trybami inicjacji lotu, w tym - startem z pozycji stojącej oraz podczas spadania. Jak się okazało, skok do lotu zapewnia najefektywniejsze wykorzystanie energii kinetycznej (zależnej od prędkości) oraz energii potencjalnej (wzrostu wysokości). Naukowcy ze Szwajcarii współpracowali z University of California w Irvine (wyniki tej pracy opublikowali, DOI: 10.1038/s41586-024-08228-9). Nowe drony mogą poruszać się po nierównym terenie i startować z ograniczonych miejsc bez ingerencji człowieka. Dzięki temu można je wykorzystać do inspekcji, łagodzenia skutków katastrof i dostaw w trudno dostępne obszary.

Jak podkreślił prof. Floreano, uzyskane wyniki stanowią pierwszy krok w kierunku lepszego zrozumienia zasad projektowania i kontroli zwierząt latających oraz ich przełożenia na zwinne i energetycznie wydajne drony.