Птицепчела - новый гибридный беспилотник

Беспилотные летательные аппараты, способные выполнять различные военные, транспортные и спасательные операции, являются трендом и одним из инновационных направлений развития авиации. Недавно был запущен в серию гибрид дирижабля и самолета. А вот создать некий гибрид, использующий особенности полета птицы и пчелы, не пытался еще никто. Новый беспилотник будет парить в воздухе и справляться с внезапными и сильными воздушными потоками, как птица, и залетать в узкие отверстия, как пчела, при этом полагаясь на собственные автономные решения.

Фото: Фото: AP

Специалисты инженерного колледжа Университета Аризоны занимаются физическим моделированием такой модели и все ближе к ее воплощению. "Птицепчела" будет располагать рядом преимуществ по сравнению с существующими моделями, использующими энергию ветра и восходящих термических потоков: проводить большее время в полете парения, резко менять направление движения и влетать в небольшие отверстия, как это делают пчелы. Разработанное программное обеспечение может быть полезным и в наземных транспортных средствах и других системах, которые опираются на принятие автономных решений.

"То, чем мы занимаемся здесь, в нашей лаборатории — это, в основном, теоретическая работа, — говорит ее руководитель Рикардо Санфелис (Ricardo Sanfelice), профессор кафедры авиакосмической техники и механического инжиниринга. — Мы математически модулируем динамические системы, имитируем их на компьютере, проверяем расчеты и, по возможности, испытываем на нашем стенде. Из-за поведенческой сложности гибрида, который внезапно меняет скорость и направление движения, мы работаем очень тщательно и должны убедиться, что компьютерная анимация отражает реальность. Поэтому экспериментальные опыты в лаборатории являются важным этапом проверки наших теоретических выкладок".

Читайте также: В каждой пчеле живет математик

Работы проходят в компьютерном зале инженерного комплекса университета. Восемь высокочастотных камер для захвата движущихся изображений непрерывно записывают полет пчелы, измеряют ее положение в системе координат, ориентацию и скорость. Затем данные обрабатываются в лаборатории и на компьютере моделируется анимированное цифровое изображение. Первая идея, находящаяся в разработке, — это найти способ использовать энергию ветра и восходящих термических потоков (термиков) для набора высоты, как это делают птицы, когда летают на больших высотах.

Фото: AP

Термические потоки образуются при определенных условиях везде и в любое время года, а не только в жару, как полагают многие, например, при нагреве вспаханного поля или асфальта. В полете компьютер активно ищет такие термики. "Если приборы покажут изменения высоты, которая не явилась следствием навигации, компьютер начинает исследовать область полета, чтобы найти новый тепловой поток. Если самолет качнуло на левое крыло, это может означать наличие термика под правым. Тогда компьютер даст сигнал заложить правую спираль в этом месте и проверить, обнаружен ли такой поток", — говорит Санфеличе. В лаборатории подобные потоки генерирует автомат. В реальной модели контрольное оборудование будет находиться на борту и действовать как автопилот в традиционных самолетах, получая сигнал от GPS-навигатора через спутник.

Вторая идея проекта — сымитировать способность пчел быстро залетать внутрь улья через небольшие отверстия. Главная задача — определить, как они справляются с разрывами в воздушном потоке. Модель движения крыла пчелы очень необычна. Вначале оно уходит назад по дуге в 90 градусов, затем при возвратном движении переворачивается, и все это проделывается 230 раз в секунду. Похоже на пропеллер, где вращаются лопасти.

Воплощение двух идей в одной модели требует наличия как крыла, так и пропеллера. Санфелис отметил, что гибридные системы как математические модели систем управления являются относительно новой областью исследования. Они описывают прерывные и непрерывные движения объекта в динамике. Иными словами, гибридная динамика системы заключается в вариативной комбинации непрерывной динамики с дискретной. "Мы разрабатываем новый инструментарий для таких систем с целью их усовершенствования и надеемся, что созданное нами программное обеспечение в конечном итоге станет частью коммерческого продукта для непосредственного моделирования", — пояснил он.

Санфелис с двумя соавторами готовит к выпуску книгу, где будут изложены теоретические выкладки исследований. Она готовится к публикации в 2011 году.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"