Инженеры разработали «плавник», который сделает подводные беспилотники более маневренными
Ученые из Калифорнийского технологического университета сконструировали для подводного дрона движитель, имитирующий механические движения хвостового плавника тунца. Вдохновленное природой изобретение позволит улучшить характеристики беспилотных устройств, а именно — повысить их маневренность и скорость для выполнения глубоководных исследований.
У подобных аппаратов, отметили инженеры-робототехники, большой прикладной потенциал: их будут все чаще использовать в научных целях, в военных операциях или при обслуживании промышленной инфраструктуры. Для этого беспилотники должны уметь преодолевать значительные расстояния, сохраняя возможности точного маневрирования или удержания на месте.
Например, такие требования предъявляют к дронам, инспектирующим подводные нефтяные трубопроводы. В их задачи входят достижение удаленных установок, точное позиционирование и лавирование при выполнении ремонтных работ. Однако по своим характеристикам современные версии мини-«наутилусов» пока сильно уступают летательным беспилотникам, хотя они дешевле в строительстве и эксплуатации.
Создавая свой прототип роботизированного плавника, исследователи учли как биологические особенности рыб, так и уже разработанные человеком механизмы. Гибридный гребной движитель воссоздает трехмерную кинематику хвостового плавника представителей вида тунцовых. Этот орган выступает в качестве того же движителя, а также стабилизатора и руля, обеспечивая рыбе курсовую устойчивость и маневренность.
Предлагаемый плавник-пропеллер состоит из трех осей и располагается в задней части транспортного средства. Движение плавника генерируется сферическим манипулятором и выполняется либо по траектории восьмерки, либо эллипса. Это повторяет подметающие и вращательные гребки рыб, влияющие на скорость и изворотливость. Судя по полученным экспериментальным данным, трехмерная кинематика повышает маневренность на 49% по сравнению с двумерной, то есть предполагающей только прямолинейные маховые движения. При этом механизм эффективен для широкого диапазона геометрии и жесткости плавника.
Новый прототип, в отличие от существующих аппаратов, способен сочетать две задачи — выполнять дальние миссии, а также удерживаться и маневрировать на месте. До сих пор подводные беспилотники специализировались на чем-то одном. Правда, предлагаемый механизм делает это не одновременно, а последовательно.
Ученые планируют усовершенствовать конструкцию, сделав «плавник» еще более обтекаемым и тихим, а затем испытать его. С помощью плавных, быстрых и тихих движений оснащенный им беспилотник сможет эффективнее исследовать глубокие воды.
Научная работа опубликована в журнале Scientific Reports.
Написать комментарий