Учёные из Университета Цинциннати разработали уникальный дрон с машущими крыльями, способный самостоятельно находить источник света и зависать вокруг него, подобно мотыльку, привлечённому лампой. Проект возглавляет доцент Колледжа инженерии и прикладных наук Самех Эйса. Исследователи считают, что эта технология может стать основой для создания миниатюрных и энергоэффективных дронов, предназначенных для скрытого наблюдения и разведки.
Команда инженеров вдохновилась природой — в частности, способностью насекомых совершать точные манёвры в воздухе. Эйса отмечает, что миниатюрные устройства должны летать по тем же принципам, что и мотыльки: удерживать позицию, противостоять ветру и мгновенно реагировать на препятствия. Новый дрон воспроизводит эти особенности — он непрерывно вносит микрокорректировки, чтобы сохранять дистанцию и ориентацию по отношению к источнику света, даже если тот движется.
Разработку вели специалисты лаборатории «Моделирование, динамика и управление», которая занимается проектами, вдохновлёнными биомеханикой живых существ. В предыдущих исследованиях команда Эйсы изучала, как крупные дроны могут использовать принципы динамического парения альбатросов для дальних перелётов. Теперь инженеры перенесли внимание на более мелкие конструкции, исследуя, как насекомые удерживаются в воздухе.
Основой управления стала система, основанная на принципе экстремального управления с обратной связью. Эта математическая модель позволяет аппарату адаптироваться в реальном времени без применения искусственного интеллекта или сложных алгоритмов. Подобно живым организмам, дрон анализирует своё положение и мгновенно корректирует траекторию. Каждое из четырёх крыльев двигается независимо, управляя креном, тангажом и рысканием. Для наблюдателя движения выглядят как быстрое мерцание — так же, как у колибри.
Испытания проводились в специально оборудованной лаборатории, представляющей собой сетчатое пространство для безопасных полётов. Четырёхкрылый дрон, изготовленный из лёгкой проволоки и ткани, показал способность самостоятельно взлетать и стабильно удерживать положение с использованием новой системы управления. Как отмечает аспирант Ахмед Эльгохари, ручное управление даёт худшие результаты: автоматическая система обеспечивает большую устойчивость и точность.
Небольшие колебания, наблюдаемые во время полёта, оказались частью алгоритма. Эти микроколебания позволяют устройству оценивать свою эффективность и мгновенно адаптироваться. Учёные отмечают, что в природе подобным образом ведут себя бражники, стрекозы, шмели и колибри: их крылья движутся по траектории в форме восьмёрки, создавая подъёмную силу при каждом взмахе.
Эйса считает, что открытие имеет значение не только для робототехники, но и для биофизики в целом. Если предположить, что насекомые действительно используют схожий механизм обратной связи, это может объяснить универсальные принципы устойчивого полёта живых существ. Исследователи убеждены, что, изучая миниатюрных летающих насекомых, человечество сможет раскрыть секрет природной точности и стабильности, применив эти знания для развития технологий будущего.
Источник: new-science.ru