Колибри «научит» определять направление ветра

20 апреля | Япония

В научно-инженерном сообществе широко изучаются небольшие роботы с машущими крыльями, вдохновлённые птицами и насекомыми: внутри их крыльев эволюционно заложены чувствительные органы напряжения, которые помогают им в управлении полётом. Однако функции и возможности обработки информации этими рецепторами напряжения в значительной степени до недавнего времени были неизвестны. Специалисты инженерного факультета Институт науки Токио воодушевились полётом птиц, чтобы создать инновационный метод определения направления ветра. Используя модель крыла колибри и нейросеть, они разработали систему, способную классифицировать направление воздушных потоков с точностью до 99,5%.

У птиц и насекомых есть специальные рецепторы на крыльях, которые фиксируют натяжение тканей и помогают им чувствовать перемены в направлении и скорости ветра и трансформацию тела в изменяющихся условиях среды, что помогает особям мгновенно корректировать траекторию полёта.

В лабораторных условиях учёные прикрепили семь тензодатчиков к гибкой конструкции (биомиметические стержни), напоминающей маховые перья колибри и жилки крыльев мотыльков-ястребков. Каждое «крыло» состояло из тонких конусообразных валов с натянутой плёнкой, и оно было соединено с механизмом взмахивания. Для имитации парения робота-колибри использовалась аэродинамическая труба, в которой был задан слабый воздушный поток со скоростью всего 0,8 м/с. Горизонтальные направления ветра относительно «крыла» варьировались от фронтального (0°) до бокового (90°) с шагом 15°. В ходе опытов протестировали 8 условий возможного ветра, включая штиль. Данные деформации крыла обрабатывались нейросетью. Была достигнута точность определения направления ветра до 99,5% за полный цикл взмаха.

По мнению японских исследователей, их открытие может стать основой для создания высокоточных сенсоров для небольших дронов, используемых в авиации, метеорологии, поскольку маленькие воздушные роботы не могут позволить себе использовать традиционную аппаратуру для измерения потока из-за ограничений по весу и размеру. Поэтому было бы эффективно применить измерение деформации крыла для непосредственного распознавания условий в атмосфере без дополнительных специализированных устройств.

— Источник цитирования