Исследователи из нескольких британских университетов разработали мягкое роботизированное крыло, способное адаптировать форму в зависимости от внешних условий. 

Почему это направление исследований считается перспективным?

Вода в 800 раз плотнее воздуха, поэтому подводным аппаратам гораздо сложнее сохранять стабильное положение, чем летательным. Течения и турбулентность постоянно пытаются сбить их с курса, что критично при выполнении точных работ - инспекции трубопроводов, ремонте или подводном наблюдении. Традиционные жёсткие крылья взаимодействуют с потоком "грубо", затрачивая на это много энергии двигательной системы аппарата. Мягкие материалы без системы обратной связи, в свою очередь, недостаточно быстро реагируют на изменения среды. 

Чтобы найти решение проблемы, ученые обратились к бионике. Рыбы ощущают малейшие изменения потоков и мгновенно подстраивают свои плавники под внешнюю среду. 

«Вместо того чтобы создавать "более прочных" роботов, призванных бороться с мощью океана, мы движемся к более умным, мягким машинам, которые работают в синергии с окружающей средой», — объясняет Лео Миклем, ведущий автор исследования. 

 

картинка - Университет Саутгемптона

 

картинка - Университет Саутгемптона 

 

картинка - Университет Саутгемптона

 

Как это работает

Разработка сочетает пассивную гибкость с активным управлением:

• В структуру "крыла" встроен тонкий слой силикона с металлическими электродами. Когда крыло деформируется под напором воды, расстояние между электродами меняется, и система мгновенно «чувствует» степень изгиба. 
• Сигналы от «кожи» поступают к двум гидравлическим трубкам внутри крыла. Они автоматически изменяют жёсткость и кривизну конструкции, придавая ей оптимальное положение. 

Таким образом, крыло сочетает два принципа: гибкость позволяет пассивно гасить часть возмущений, а интеллектуальная система компенсирует оставшиеся отклонения, обеспечивая исключительную стабильность. 

В ходе экспериментов исследователи подвергали крыло воздействию потоков разной интенсивности и сравнивали его с традиционными решениями.

Как утверждают ученые, было достигнуто:

• Снижение разрушительного импульса (рывка от внезапного течения) на 87% по сравнению с жёсткими крыльями, используемыми в современных автономных подводных аппаратах.

• Скорость реакции оказалась в 4 раза выше, чем у аналогичных мягких крыльев без системы обратной связи.

• Энергопотребление — в 5 раз ниже, чем у систем, использующих нагрев для изменения формы.

«Океаническая среда динамична и непредсказуема, поэтому роботы должны постоянно ощущать происходящее вокруг и реагировать соответствующим образом, — комментирует профессор Блэр Торнтон, соавтор исследования, - Интеграция мягких материалов с системами восприятия и контроля приближает нас к созданию по-настоящему адаптивных механизмов, способных надёжно работать в естественных подводных условиях».

Что дальше

Исследователи признают, что им предстоит решить задачи масштабирования технологии, интеграции мягких крыльев с жёсткими корпусами существующих АНПА и обеспечения долговечности в реальных условиях эксплуатации. Тем не менее, в теории, разработка открывает путь к созданию более манёвренных, энергоэффективных и «экологичных» подводных роботов, способных работать там, где пасует традиционная техника. ◀