Трёхколёсные вентиляторы учатся летать встык

Теоретически аппараты такого типа могли бы составлять исследовательские, разведывательные, транспортные рои самого различного назначения как на нашей планете, так и, кто знает, в космических миссиях (фото Raymond Oung, Raffaello D’Andrea/ETH Zürich).

Смелую идею, обкатываемую швейцарскими инженерами, не выдвигал ещё, кажется, никто. В представлении разработчиков из Цюриха небольшие автономные роботы без помощи человека собираются в единый «сверхорганизм», способный действовать в воздухе подобно вертолёту. Фишка ещё и в том, что каждый робот по отдельности летать не может.

Перед нами даже не банальный трансформер из аниме, тасующий различные части тела, а стая совершенно идентичных аппаратов, теоретически умеющих формировать «облако» плоской формы. Построили прототипы специалисты из федерального технологического института в Цюрихе (ETH Zürich).

Лидеров проекта двое. Это Раймонд Оунг (Raymond Oung) и Рафаэлло Д’Андреа (Raffaello D’Andrea), известный нам по самособирающемуся роботу-стулу и самостоятельному столу. Они полагают, что их роботы, объединяя усилия, смогут решать задачи (сами авторы упирают на транспортировку грузов), которые неподъёмны для каждого бота по отдельности.

Каждый аппаратик — это плоский шестиугольник с отверстием в центре, в котором размещён жёсткий (без регулировки угла атаки) воздушный винт.

Самое любопытное, что отдельная единица в принципе способна поднять себя в воздух, да только полёт будет хаотичным, а значит, закончится плачевно. Увы, машинка не может ни менять курс, ни парировать крен, ни избегать опрокидывания. То ли дело плотный состыковавшийся рой, который обретает стабильность и какую-никакую маневренность. Потому проект и назвали «Распределённый летающий строй» (Distributed Flight Array — DFA).

Начиналось всё с такого концептуального наброска. Видно, что края каждого шестиугольника снабжены выступами и впадинами. Они работали подобно молекулярным замкам и ключам в комплиментарных нитях ДНК. Позже, правда, форму этих важных элементов пришлось скорректировать (иллюстрации Raymond Oung, Raffaello D’Andrea/ETH Zürich).

Формируется «сверхорганизм», что важно, ещё на земле. Для того чтобы находить друг друга, потенциальные члены «облака» снабжены маленькими колёсиками. Машины кружат, как в вальсе, подходят ближе и зацепляются фигурными вырезами по бортам. Как только аппаратики сошлись плотно, их удерживают магниты.

Сборка единой конструкции хаотична и, по идее, может привести к появлению различных «узоров» из роботов-сот. (В реальности этот процесс идёт пока со сбоями.) Но вся прелесть разработки в том, что практически в любой конфигурации такой рой однажды сможет оторваться от земли. И тут начнётся маленькая «магия» — небольшие боты превратятся в единое целое не только физически, но и «на интеллектуальном уровне».

Поперечник каждого робота равен 25 сантиметрам, вес – 180 граммам. Корпус выполнен из пенопласта, что неудивительно, поскольку перед нами только исследовательский проект. Каждое из трёх всенаправленных колёсиков робота вращается от 0,5-ваттного моторчика, воздушный винт – от 50-ваттного. Литиево-полимерный аккумулятор на борту обеспечивает 5 минут полёта (фото Raymond Oung, Raffaello D’Andrea/ETH Zürich).

Каждый робот снабжён трёхосным гироскопом, определяющим крены и изменение положения машины, а также датчиком высоты полёта. Через инфракрасные передатчики на торцах шестиугольников аппараты обмениваются в реальном времени данными и регулируют тягу каждого винта так, чтобы коллектив держался стабильно.

Если что-то вносит возмущение, каждая единица корректирует тягу, а согласованные действия ботов обеспечивают компенсацию. И даже если один из роботов откажет или выпадет из строя, остальные внесут поправку и останутся «на плаву».

Правда, швейцарцы проверили идею DFA лишь на очень скромных по численности коллективах ботов, а многочисленные стаи кружили только в компьютерных моделях. Но всё равно – достигнутый эффект способен впечатлить.

Как видим, сборка хоть как-то работает на гладком полу, но для авторов системы было важно отшлифовать не столько устройство индивидуального робота, сколько алгоритм их взаимодействия на земле и в небе.

Принцип работы DFA (иллюстрация Raymond Oung, Raffaello D’Andrea/ETH Zürich).

Конечно, в таком виде разработка вызывает множество вопросов. Как, к примеру, роботы смогут найти друг друга не в стенах лаборатории, а в реальных условиях «на природе». Что будет, если упавший робот приземлится колёсами вверх?

И вообще – не ясно, зачем этим роботам существовать по отдельности. Если они создаются для подъёма тяжестей, проще сразу сделать один крупный аппарат. Если цель — сбор данных, выгоднее научить машинки летать самостоятельно, тогда сборка не нужна.

Впрочем, у швейцарцев есть куча идей относительно совершенствования своего «строя», или «массива». Пока они только набирают опыт. Будущие версии DFA, возможно, скорректируют форму, обретут двигатели помощнее и более широкий набор сенсоров, а там, глядишь, и круг возможных задач для такого роя обрисуется чётче.

Слева: пример тактики соединения пары ботов. Справа: Оунг и Д’Андреа (иллюстрации Raymond Oung, Raffaello D’Andrea/ETH Zürich).

В любом случае проект, который, разумеется, ещё далеко не закончен, следует признать любопытным. С момента появления замысла летающих стыкующихся роботов в 2008 году получены ответы на многие вопросы, связанные с возможными ошибками и сбоями в работе подобной системы.

Не зря на международной конференции по робототехнике и автоматизации ICRA 2010, прошедшей в Анкоридже в начале мая, доклад о DFA (PDF-документ) был признан одним из лучших.



Роботы стремятся почтить человека его присутствием

4 июня 2010

Японские роботы получили задание окопаться на Луне

31 мая 2010

Объявлен приз для ходячих роботов

28 мая 2010

Создан новый мобильный бот для конференций

20 мая 2010

В Японии прошла свадьба под руководством андроида

17 мая 2010
  • Евгений Писарев  27 января, 20:15
    Объекты,состоящие из одинаковых ячеек,но с разными функциями позволят в будущем за считанные минуты менять назначение аппарата,а с точки зрения экономии энергии собирать вместе на данный момент ровно столько, сколько необходимо для подъёма груза.Например надо поднять гаечный ключ крановщику на башенный кран.
    ОтветитьНравится
  • Антон Брандт  30 августа, 10:11
    надо поднять гаечный ключ крановщику на башенный кран.
    а то нечем бутылку пива открыть
    ОтветитьНравится