Микророботы с крыльями, способные выполнять сальто и мгновенные повороты, больше не научная фантастика.
Ученые из Китая и США представили общественности новую летающую микрокиберсистему, сочетающую рекордную скорость, маневренность и компактность. Эти устройства, по мнению ученых, в будущем смогут проникать в труднодоступные места после землетрясений, искать выживших и выполнять задачи, где крупные роботы не смогут пройти.
Новая разработка — важный шаг вперед в микроробототехнике. Ранее роботы, имитировавшие полет насекомых, могли лишь медленно двигаться по заданным маршрутам. Механизмы уступали организмам в скорости, устойчивости и гибкости полета. Теперь инженеры сделали шаг, приблизив поведение роботов к уровню Природы.
Размер робота сравним с микрокассетой, вес — меньше скрепки. Его движение обеспечивает мягкая искусственная мышца, заставляющая большие крылья быстро колебаться. Это позволяет совершать резкие развороты и ускорения, доступные только насекомым.
Однако физической конструкции было недостаточно — требовалась интеллектуальная система управления. Команда разработала ИИ-контроллер, принимающий решения в реальном времени. Он определяет движения робота в зависимости от положения в пространстве и условий окружающей среды.
Раньше управление требовало ручной настройки, ограничивая сложность манёвров и автономность. Под руководством профессора Кевина Чена и Джонатана Хоу была создана двухуровневая система управления. Первый уровень использует модель-предсказательное управление (MPC), рассчитывающее сложные траектории с учетом физических ограничений. Однако запустить его в реальном времени было невозможно из-за высокой вычислительной нагрузки.
Решением стала мини-ИИ RTMPC, воспроизводящий поведение планировщика с минимальными затратами ресурсов. Это позволило добиться микророботам мгновенной реакции и гибкого поведения при сохранении точности и стабильности полета.
Результаты превзошли ожидания. Новый микродрон летает в 4,5 раза быстрее и быстрее разгоняется, чем предыдущие версии. Он выполнил десять сальто за 11 секунд, оставаясь в пределах 5 см от траектории, даже при ветре! Система даже научилась воспроизводить резкие "скачки"(саккады), стабилизирующие зрение насекомых в полете. Это может стать основой для будущих сенсорных систем, включая камеры и датчики, требующие четкой ориентации.
Следующим шагом в таких роботов станет внедрение автономной навигации. Пока они полагаются на внешнюю систему отслеживания, в будущем он сможет ориентироваться самостоятельно. Команда добавит визуальные сенсоры и алгоритмы для полета без внешней помощи, что критически важно для работы в непредсказуемых условиях.
Профессор Чен говорит, что цель проекта — создать роботов, проникающих туда, куда не добираются обычные дроны. Теперь, когда производительность приближается к возможностям насекомых, эта задача кажется достижимой.