Создан робот, способный плавать и подниматься над поверхностью воды

Технологии Создан мини-робот способный летать и плавать

Обычно, если поместить в воду крошечного летающего робота он в конечном итоге утонет. Инженеры из школы инженерных и прикладных наук Гарвардского университета изменили это с RoboBee – первым роботом-пчелой, который может плавать так же хорошо, как и летать.

Создание машины, которая способна работать как в воздухе, так и под водой – задача не простая и противоречивая. Например, корпус самолета должен быть легким, а корпус подводной лодки, наоборот, тяжелым. Самолету нужны крылья для полёта, в то время как подводная лодка должна быть абсолютно гладкой, чтобы уменьшить сопротивление воды.

Однако природа уже решила эти проблемы миллионы лет назад. Некоторые морские птицы могут нырять и плавать под водой на значительные расстояния, чтобы добывать рыбу. Именно такие птицы, в частности буревестник, вдохновили разработчиков на создание RoboBee. При помощи теоретических, вычислительных и экспериментальных исследований, аспирант Кевин Чен и его команда смогли добиться цели.

Имея размер меньше скрепки, RoboBee весит всего 80 миллиграммов и создан из плоских слоев углеродного волокна. Крылья выполняют 120 взмахов в секунду. Такой маленький вес и стал главной проблемой для разработчиков. Робот настолько легкий, что не может пройти через поверхностное натяжение воды, поэтому любая попытка нырнуть оканчивалась неудачей. Чтобы решить эту проблему, команда отключала питание робота при полете, чтобы он мог рухнуть в воду с достаточной силой и под определенным углом.

Поскольку робот имеет электропривод, разработчики не должны были допустить короткого замыкания. Для этого команда использовала деионизированную воду без каких-либо минеральных ионов. Вопреки распространенному мнению, такая вода – очень плохой проводник электричества. Таким образом, путем удаления ионов из воды, команда сократила шансы короткого замыкания.

Следующей проблемой стала плотность воды. Поскольку вода почти в 1000 раз плотнее воздуха, скорость взмахов крыльев пришлось уменьшить, чтобы предотвратить их поломку. В данном случае, от 120 взмахов в секунду до 9.

В результате получился летающий робот, который выглядит больше как водомерка. Команда говорит, что следующим шагом в разработках RoboBee будет создание плавного и безопасного перехода от воды к воздуху.

26.10.2015 Автор: Королева Ольга.

ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ

Создано роботизированное летательное устройство, способное плавать и летать подобно альбатросу

Инженеры MIT разработали роботизированное летательное устройство, которое может парить над поверхностью воды по тому же принципу, который используется альбатросами. Кроме того, он может и плыть по волнам, не утопая. Это стало возможно благодаря удивительной предусмотрительности разработчиков, где альбатросом аппарат становится в том случае, если в исследуемом регионе сильный ветер. Лодкой — если ветра нет. В результате такая система покрывает расстояние до цели за время, в 10 раз меньшее, чем среднее судно. Устройство очень легкое и весит всего 2,7 кг. Разработчики считают, что в ближайшем будущем такие аппараты будут незаменимы в работе ученых, помогая вести наблюдение за происходящим на огромных территориях.

«Большая часть океана пока остается вне инструментов мониторинга человека», — говорит Габриэль Буске, глава проекта. Он утверждает, что чрезвычайно важно вести наблюдение за океаном, отслеживая влияние климатических изменений. Но сделать это при помощи стандартного набора инструментов не так легко, поэтому и было принято решение разработать специализированную ситсему.

Робот использует альтернативные источники энергии вместе с традиционными. Впервые детали проекта были представлены на международной конференции IEEE в Австралии.

В прошлом году Буске со своими коллегами опубликовал исследование динамики полета альбатроса. Они определили основные принципы такого полета и выделили отдельные составляющие, которые позволяют немаленькой птице покрывать огромные расстояния с минимальным расходом энергии. Альбатрос способен на это благодаря умению использовать энергию ветра.

В процессе полета альбатрос переходит из быстрых «течений» воздушных масс в более медленные и обратно, что позволяет ему практически без затрат энергии продолжать двигаться. В случае робота, если ветер не очень сильный, он способен скользит и по поверхности воды. Чем чаще устройство (или птица) взаимодействует с разноскоростными потоками, тем быстрее скорость объекта.

Итогом разработки стало гибридное устройство, которое представляет собой автономный аппарат с размахом крыльев в 3 метра — примерно такой же показатель и у альбатроса. К конструкции было добавлено несколько элементов, которых нет у прототипа системы — например, парус. Затем ученые провели математическое моделирование процесса перемещения аппарата, и оказалось, что его показатели близки к оптимальным.

Средняя скорость системы составляет около 40 километров в час — это гораздо быстрее, чем у парусной лодки. Система оказалась весьма эффективной. Уже построен прототип, который помог сделать Марк Дрела, профессиор аэронавтики и астронавтики в MIT. В нижней части системы закреплен киль и несколько инструментов, включаяч GPS, разного рода сенсоры, системы для полета, ультразвуковой сенсор, позволяющий определять расстояние до воды.

При помощи этого сенсора ученые очень точно определяют местоположение устройства относительно поверхности моря или океана. При необходимости киль можно погрузить в воду, но дрон все равно будет двигаться вперед с достаточно большой скоростью. Как и говорилось выше, частью конструкции должен был стать парус, но затем от него решили отказаться в ходе испытаний прототипа, чтобы не усложнять задачу.

В самом начале испытаний робота испытали на реке, причем его запускали при помощи удочки. Все получилось, и достаточно быстро робот набрал скорость в 35 километров в час, оторвавшись от поврехности воды и отправившись в первый свой полет.

Удаленно можно спускать аппарат, управлять его килем, с тем, чтобы изменить направление движения. В ходе испытаний оказалось, что робот ведет себя так, как и задумано. «Мы летали очень близко к поверхности и любая ошибка могла привести к аварии. Мы все из-за этого сильно нервничали, но в то же время и наслаждались моментом», — говорит глава группы разработчиков.

На этапе proof-of-concept все прошло хорошо, так что аппарат решено было продолжать совершенствовать. Вскоре к общей конструкции должны добавить обещанный ранее парус, что позволит системе передвигаться еще быстрее. Таких «альбатросов» планируется запустить несколько, чтобы иметь возможность вести мониторинг обширных площадей морей и океанов.

Автор: Максим Агаджанов
Источник: https://geektimes.com/

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Крошечных роботов инженеры научили прыгать по поверхности воды подобно насекомым

Исследователи наблюдали за водомерками, чтобы создать своих небольших роботов, передвигающихся по поверхности воды

(фото Seoul National University).

Создатели проекта ≈ Хо-Янг Ким (слева) и Кю-Джин Чо (справа)

(фото Seoul National University).

Роботизированное насекомое, созданное корейскими специалистами

Робот изготовлен из нитинола ≈ сплава титана и никеля, прочного и эластичного материала

(фото Seoul National University).

Концепция хождения по поверхности воды может на первый взгляд показаться фантастической, хотя в природе это достаточно распространённое явление: многие небольшие насекомые способны на это, например, комары или водомерки. Эти создания способны не просто скользить по поверхности воды, но и генерировать достаточную тягу, чтобы прыгать по ней. Пресноводные насекомые передвигаются по водной глади, равномерно распределяя свой вес при помощи длинных лапок, покрытых крошечными волосками, создающими мельчайшие воздушные карманы для увеличения плавучести.

Исследователи из Сеульского национального университета и Гарвардского университета создали своих крошечных роботов, способных прыгать по поверхности воды, вдохновившись водомерками. Роботы используют те же силы для совершения прыжков — они отталкиваются от поверхности воды, не нарушая целостности поверхностной “плёнки”. Это становится возможным, поскольку направленная вниз сила никогда не превышает поверхностное натяжение воды (силу, которая держит вместе молекулы воды).

Ведущие авторы работы профессор Хо-Янг Ким (Ho-Young Kim) и профессор Кю-Джин Чо (Kyu-Jin Cho) наблюдали за водомерками из пруда Сеульского национального университета, чтобы разработать своё детище.

“Для того чтобы исследовать их удивительную моторику, мы собирали насекомых и записывали их прыжки по воде в лаборатории с помощью высокоскоростных камер, — рассказывают корейские учёные. — Эти эксперименты показали, что насекомое поднимается вверх, надавливая на поверхность и затем собирая четыре лапы сзади “.

Исследователи использовали все эти данные для того, чтобы сделать дизайн своего робота максимально приближенным к природному прототипу. Двухсантиметровое тело робота и пятисантиметровые ноги выполнены из слоёв тонкого материала — прочного и гибкого нитинола, сплава титана и никеля. Вес машины составляет всего 68 миллиграммов. По всей длине клинообразных ног робота располагаются устройства, похожие на пружины. Роботы, как и насекомые, действуют ногами таким образом, чтобы “максимизировать время соприкосновения лап и воды”.

Используя теоретическую модель, — гибкий цилиндр, плавающий на поверхности жидкости — исследователи обнаружили, что максимальная сила лап насекомого всегда немного ниже максимальной силы, которую может выдержать поверхностное натяжение воды.

“Водомерки легко скользят по поверхности воды главным образом благодаря тому, что их низкая масса тела и супергидрофобные лапки помогают им удерживаться на поверхности, — объясняют учёные. — Они способны генерировать вертикальный толчок достаточной силы для прыжка, который также требует высокого темпа, и высокую скорость вертикального взлёта. Мы постарались разобраться в гидродинамике этих прыжков, чтобы разработать собственный механизм, который максимизирует передачу импульса воде”.

Корейские учёные считают, что их роботизированная водомерка может быть использована в будущем для мониторинга загрязнения водоёмов. Однако они подчёркивают, что их главной целью была не коммерциализация миниатюрной разработки, а исследование новых возможностей водной мобильности подобных устройств.

Новый робот-водомерка был описан в статье журнале Science.

Напомним, что несколько лет назад гидрофобные лапки водомерок уже вдохновили китайских учёных на создание прыгающих по поверхности воды роботов. Также, благодаря наблюдениям за необычной манерой передвижения насекомых и животных, исследователи создавали прыгающего робота-лягушку и механическую блоху.

Новый миниатюрный робот-водомерка может высоко подпрыгивать с поверхности воды

Группа исследователей из Сеульского университета, Южная Корея, и Гарвардского университета создали миниатюрного робота, который, точно подражая его биологическому прототипу, насекомому вида Gerridae, известному под названием водомерки, может прыгать на достаточно большую высоту, отталкиваясь от поверхности воды. Следует отметить, что это не первая попытка создания подобных роботов, первого робота-водомерку создала в 2012 году команда китайских ученых из Харбинского технологического института и Фонда естествознания Китая.

Однако, первый китайский робот-водомерка имеет размер 15 сантиметров и он в 1000 раз более тяжел, нежели новый робот. При таких габаритах и весе, китайский робот держится на поверхности воды только за счет наличия у него широких окончаний его конечностей, покрытых слоем водоотталкивающего состава. Эти утолщения конечностей, своего рода весла, позволяет ему прыгать вверх и вперед на 14-15 сантиметров.

Для того, чтобы создать нового робота-водомерку, ученые наловили живых насекомых в ближайшем водоеме и при помощи высокоскоростных камер запечатлели все тонкости их перемещений по воде. Оказалось, что насекомые не просто отталкиваются конечностями от воды, их конечности разгоняются постепенно, не нарушая целостности “пленки” сил поверхностного натяжения. Кроме этого, насекомые перед прыжком расправляют конечности, что позволяет увеличить их время контакта с поверхностью воды, что в свою очередь увеличивает силу толчка.

Используя эти принципы, ученые разработали конструкцию робота-водомерки, тело которого имеет длину в 2 сантиметра и представляет собой пружину в стиле оригами. Конечности робота, длиной по пять сантиметров, изготовлены из очень тонкой проволоки, изогнуты определенным способом и покрыты водоотталкивающим составом. Спущенная пружина заставляет конечности робота совершить движения, в точности повторяющие движение водомерки в момент прыжка, и в результате этого робот прыгает на высоту до 15 сантиметров. К сожалению, после того, как робот подпрыгивает, его движение становится полностью неконтролируемым и он редко приземляется назад на конечности.

“Изучение природы и живых организмов давно уже является отправной точкой в деле создания роботов различных типов” – рассказывает Джи-санг Кох (Je-sung Koh), исследователь из Сеульского университета, – “В этом случае инженерам не требуется выдумывать ничего нового, ведь то, что они берут за основу, было проверено и оптимизировано самой природой на протяжении миллионов лет эволюции”.

Следует заметить, что создание нового робота-водомерки является лишь началом деятельности группы ученых. В скором времени они планируют разработать и изготовить робота, который сможет не только прыгать, но и перемещаться по поверхности воды подобно живым водомеркам. И такие роботы в будущем могут найти массу применений в области экологического контроля, при проведении операций в зонах стихийных бедствий и техногенных катастроф, для проведения разведки и наблюдения и т.п. Однако, для этого потребуется миниатюризация и минимизация веса не только самого робота, но и некоторых других технологий. Иначе робот, будучи обремененным большим грузом, просто не сможет держаться на поверхности воды только за счет сил поверхностного натяжения.


Робот-альбатрос, способный летать и плавать

Альбатросы, как известно, могут преодолевать в полете огромные расстояния — при небольших затратах энергии. Эти птицы используют так называемое динамическое парение, то есть используют разность скорости ветра на разной высоте. Данная разность особенно заметна над океаном — и, пролетая над ним, альбатросы регулярно поднимаются и опускаются, переходя из одного воздушного слоя в другой и набирая энергию.

При создании нового робота специалисты MIT, как отмечается, совместили технику полета альбатроса и механику движения парусного судна — в результате у них получился гибрид планера и лодки. Размах крыла прототипа, показанного инженерами, составляет три метра (как у среднего альбатроса). Робота также оборудовали треугольным парусом, килем, оснастили GPS-трекером, блоком инерционных датчиков, автопилотом и ультразвуковым высотомером. По идее разработчиков, при сильном ветре робот может парить, используя, примерно как альбатрос, разницу скорости в воздушных слоях, а затем, при более слабом ветре, ускоряться, погрузив киль в воду.

По расчетам исследователей, при скорости ветра приблизительно в пять узлов (около 9,3 км/ч) робот сможет развить скорость примерно в 20 узлов (около 37 км/ч). «Мы обнаружили, что при легком ветре робот сможет путешествовать со скоростью, превышающей скорость обычной парусной лодки в 3−10 раз, а для развития скорость 20 узлов устройству понадобится в два раза менее сильный ветер, чем альбатросу», — отметил Габриель Буске (Gabriel Bousquet), один из разработчиков робота.

В 2016 году инженеры уже испытали конструкцию, запустив прототип из Парусного павильона MIT (MIT Sailing Pavilion) в реку Чарльза. Аппарат был прикреплен к лодке, которая разогнала его примерно до 32 км/ч, после чего робот поднялся в воздух в автономном режиме. Затем Буске — при помощи пульта дистанционного управления — дал устройству команду опуститься на воду, погрузив в нее киль, а затем дал команду снова подняться в воздух. Эксперименты, по словам исследователя, показывают, что робот может успешно работать как в воздухе, так и на воде. В будущем, как предполагает Буске, группы таких аппаратов могли бы заниматься исследованием, мониторингом океана на больших расстояниях.

Работу, посвященная роботу-альбатросу, исследователи представят на Международной конференции по робототехнике и автоматизации, которая будет проходить с 21 по 25 мая в городе Брисбене, Австралия. Кратко о разработке сообщается в пресс-релизе MIT.

Крошечных роботов инженеры научили прыгать по поверхности воды подобно насекомым

Исследователи наблюдали за водомерками, чтобы создать своих небольших роботов, передвигающихся по поверхности воды

(фото Seoul National University).

Создатели проекта ≈ Хо-Янг Ким (слева) и Кю-Джин Чо (справа)

(фото Seoul National University).

Роботизированное насекомое, созданное корейскими специалистами

Робот изготовлен из нитинола ≈ сплава титана и никеля, прочного и эластичного материала

(фото Seoul National University).

Концепция хождения по поверхности воды может на первый взгляд показаться фантастической, хотя в природе это достаточно распространённое явление: многие небольшие насекомые способны на это, например, комары или водомерки. Эти создания способны не просто скользить по поверхности воды, но и генерировать достаточную тягу, чтобы прыгать по ней. Пресноводные насекомые передвигаются по водной глади, равномерно распределяя свой вес при помощи длинных лапок, покрытых крошечными волосками, создающими мельчайшие воздушные карманы для увеличения плавучести.

Исследователи из Сеульского национального университета и Гарвардского университета создали своих крошечных роботов, способных прыгать по поверхности воды, вдохновившись водомерками. Роботы используют те же силы для совершения прыжков — они отталкиваются от поверхности воды, не нарушая целостности поверхностной “плёнки”. Это становится возможным, поскольку направленная вниз сила никогда не превышает поверхностное натяжение воды (силу, которая держит вместе молекулы воды).

Ведущие авторы работы профессор Хо-Янг Ким (Ho-Young Kim) и профессор Кю-Джин Чо (Kyu-Jin Cho) наблюдали за водомерками из пруда Сеульского национального университета, чтобы разработать своё детище.

“Для того чтобы исследовать их удивительную моторику, мы собирали насекомых и записывали их прыжки по воде в лаборатории с помощью высокоскоростных камер, — рассказывают корейские учёные. — Эти эксперименты показали, что насекомое поднимается вверх, надавливая на поверхность и затем собирая четыре лапы сзади “.

Исследователи использовали все эти данные для того, чтобы сделать дизайн своего робота максимально приближенным к природному прототипу. Двухсантиметровое тело робота и пятисантиметровые ноги выполнены из слоёв тонкого материала — прочного и гибкого нитинола, сплава титана и никеля. Вес машины составляет всего 68 миллиграммов. По всей длине клинообразных ног робота располагаются устройства, похожие на пружины. Роботы, как и насекомые, действуют ногами таким образом, чтобы “максимизировать время соприкосновения лап и воды”.

Используя теоретическую модель, — гибкий цилиндр, плавающий на поверхности жидкости — исследователи обнаружили, что максимальная сила лап насекомого всегда немного ниже максимальной силы, которую может выдержать поверхностное натяжение воды.

“Водомерки легко скользят по поверхности воды главным образом благодаря тому, что их низкая масса тела и супергидрофобные лапки помогают им удерживаться на поверхности, — объясняют учёные. — Они способны генерировать вертикальный толчок достаточной силы для прыжка, который также требует высокого темпа, и высокую скорость вертикального взлёта. Мы постарались разобраться в гидродинамике этих прыжков, чтобы разработать собственный механизм, который максимизирует передачу импульса воде”.

Корейские учёные считают, что их роботизированная водомерка может быть использована в будущем для мониторинга загрязнения водоёмов. Однако они подчёркивают, что их главной целью была не коммерциализация миниатюрной разработки, а исследование новых возможностей водной мобильности подобных устройств.

Новый робот-водомерка был описан в статье журнале Science.

Напомним, что несколько лет назад гидрофобные лапки водомерок уже вдохновили китайских учёных на создание прыгающих по поверхности воды роботов. Также, благодаря наблюдениям за необычной манерой передвижения насекомых и животных, исследователи создавали прыгающего робота-лягушку и механическую блоху.

Американец Нихиль Гупта создал сверхпрочный металл, способный плавать на поверхности воды

Новый металл способен выдерживать титанические нагрузки – и при этом неверотяно лёгок, чтобы держаться на поверхности воды

15.05.2015 в 21:48, просмотров: 7164

Нихиль Гупта является исследователем из Нью-Йоркского политехнического университета – а также создателем нового сверхпрочного металла, который настолько невесом, что может плавать на поверхности воды.

Новый металл фактически является магниевой синтактической пеной – то есть представляет собой композит, состоящий из металлической матрицы с крошечными микрополостями. Благодаря такому строению сплав приобретает прочность металла, но не его вес, сообщает geek.com.

Сверхпрочный материал, практически не обладающий весом, разумеется, имеет множество полезных применений. Военные уже выказали интерес к разработке Гупты, предложили финансирование его проекту и использовали синтактическую пену для строительства палубы современного боевого корабля. Из этого металла можно сконструировать и всё судно целиком, но и сам по себе он может сделать корабль намного легче, повысив его топливоэффективность.

Магниевый металлический композит Гупты на 44 процента прочнее аналогичной пены из алюминия, и способен выдерживать нагрузки до 172 меганьютон на квадратный метр. При этом его плотность составляет всего 1 грамм на кубический сантиметр.

Что же касается стоимости, Гупта сообщает, что материал будет весьма дешёв, поскольку компоненты, из которых он состоит, повсеместно доступны в металлургической индустрии. Он надеется, что новая пена будет запущена в массовое производство уже к концу 2018 года, хотя поначалу сфера её применения может быть ограничена в основном военным оборудованием.

Также новый металл привлекает пристальное внимание компаний, которые инвестируют деньги в разработку сверхпрочных пластиков. Если синтактическая пена окажется легче, прочнее, и дешевле в производстве, рынок альтернативной пластмассы может существенно сократиться.

  • Самое интересное
  • По теме
  • Комментарии

Оставьте ваш комментарий

Комментарии пользователей

  • В Воронеже откроется школа инженеров
  • Премия имени А.В. Усольцева вручена бригаде Кондрашовых
  • Инженеров нужно воспитывать с детства
  • Все больше петербуржцев навсегда переезжают в деревню

Самое интересное

Популярно в соцсетях

© ЗАО “Редакция газеты “Московский Комсомолец” Электронное периодическое издание «MK.ru»

Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство Эл № ФС77-45245 Редакция – ЗАО “Редакция газеты “Московский Комсомолец”. Адрес редакции: 125993, г. Москва, ул. 1905 года, д. 7, стр. 1. Телефон: +7(495)609-44-44, +7(495)609-44-33 , e-mail info@mk.ru. Главный редактор и учредитель – П.Н. Гусев. Реклама третьих сторон

Все права на материалы, опубликованные на сайте www.mk.ru, принадлежат редакции и охраняются в соответствии с законодательством РФ.
Использование материалов, опубликованных на сайте www.mk.ru допускается только с письменного разрешения правообладателя и с обязательной прямой гиперссылкой на страницу, с которой материал заимствован. Гиперссылка должна размещаться непосредственно в тексте, воспроизводящем оригинальный материал mk.ru, до или после цитируемого блока.

Для читателей: в России признаны экстремистскими и запрещены организации «Национал-большевистская партия», «Свидетели Иеговы», «Армия воли народа», «Русский общенациональный союз», «Движение против нелегальной иммиграции», «Правый сектор», УНА-УНСО, УПА, «Тризуб им. Степана Бандеры», «Мизантропик дивижн», «Меджлис крымскотатарского народа», движение «Артподготовка», общероссийская политическая партия «Воля».
Признаны террористическими и запрещены: «Движение Талибан», «Имарат Кавказ», «Исламское государство» (ИГ, ИГИЛ), Джебхад-ан-Нусра, «АУМ Синрике», «Братья-мусульмане», «Аль-Каида в странах исламского Магриба».

Источники:
http://integral-russia.ru/2018/07/03/sozdano-robotizirovannoe-letatelnoe-ustrojstvo-sposobnoe-plavat-i-letat-podobno-albatrosu/
http://nauka.vesti.ru/article/1042944
http://www.dailytechinfo.org/robots/7239-novyy-miniatyurnyy-robot-vodomerka-mozhet-vysoko-podprygivat-s-poverhnosti-vody.html
http://www.popmech.ru/technologies/424372-robot-albatros-sposobnyy-letat-i-plavat/
http://nauka.vesti.ru/article/1042944
http://www.mk.ru/science/2015/05/15/amerikanec-nikhil-gupta-sozdal-sverkhprochnyy-metall-sposobnyy-plavat-na-poverkhnosti-vody.html
http://konyukhov.ru/project/expedition/polet-v-stratosferu-na-vysotu-25-kilometrov-ustanovlenie-absolyutnogo-rekorda-vysoty-dlya-teplovogo-aerostata-2/

Ссылка на основную публикацию