Прагнення до максимальної енергоефективності в авіації неминуче спонукає інженерів звертатися до природних механізмів. Тоді як сучасні дрони витрачають колосальні ресурси на утримання висоти за допомогою гвинтів, птахи майстерно використовують енергію самої атмосфери. Дослідники з Інституту інтелектуальних систем Товариства Макса Планка та Штутгартського університету втілили цей біонічний принцип у роботі під назвою Floaty. Пристрій переосмислює саму концепцію польоту, замінюючи активну тягу інтелектуальним керуванням опором повітря. Це відкриває нові горизонти для створення автономних систем, здатних годинами перебувати в повітрі, використовуючи зовнішні енергетичні ресурси.
Сучасна робототехніка тривалий час залишалася в полоні концепції активної тяги. Квадрокоптери, що стали індустріальним стандартом, фактично «борються» з гравітацією, витрачаючи значну частину заряду акумулятора лише на те, щоб утримуватися в одній точці. Проте природа пропонує інший шлях — біоміметику, що дозволяє використовувати енергію навколишнього середовища. Саме цей підхід ліг в основу створення Floaty — пристрою, який не має пропелерів, але здатний ширяти в повітрі, використовуючи висхідні потоки.
Принцип роботи Floaty ґрунтується на динамічній зміні аеродинамічного профілю. Замість того щоб створювати потік повітря, робот взаємодіє з уже існуючим. У верхній частині його корпусу розташовані чотири незалежно керовані створки, що виконують роль «оперення». Маніпулюючи кутом і положенням цих елементів, система змінює ефективну площу поверхні, яку обтікає повітря. Це дозволяє перерозподіляти опір і керувати підйомною силою, креном, тангажем і рисканням, забезпечуючи стабілізацію за шести ступенів свободи.
Реалізація такої схеми вимагала розв'язання складного інженерного завдання щодо забезпечення статичної стійкості. Щоб апарат не втрачав рівноваги й не завалювався набік, інженери змістили центр мас на 7 сантиметрів нижче площини керуючих стівок. Додатковим фактором стабілізації став специфічний вигин стівок під кутом 42,5°, що дозволило оптимізувати взаємодію з потоком. Для керування всім процесом було розроблено спеціалізовану аеродинамічну модель, яка в режимі реального часу обчислює необхідні команди для сервоприводів, підтримуючи апарат у стабільному стані.
Ефективність цього підходу була підтверджена під час випробувань у вертикальній аеродинамічній трубі. При швидкості потоку від 8 до 11 м/с робот масою 340 грамів демонстрував вражаючу стійкість: він успішно витримував бічні збурення зі швидкістю до 4 м/с, що становить близько 40% від основного потоку. Контроль за положенням пристрою здійснювався за допомогою високоточної системи OptiTrack із частотою оновлення 200 Гц, що дозволило детально проаналізувати динаміку ширяння.
Проте головним досягненням стала енергетична ефективність. Floaty, що живиться від двох компактних LiPo-акумуляторів, здатний перебувати в повітрі в середньому 33 хвилини, споживаючи лише 3,4 Вт. У перерахунку на масу це становить близько 10 Вт/кг. Для порівняння: стандартні мультикоптери в режимі зависання потребують від 100 до 250 Вт/кг. Таким чином, перехід від активного створення тяги до пасивного використання потоків дає десятикратний, а в деяких випадках і двадцятикратний приріст енергоефективності.
Перспективи застосування такої технології виходять далеко за межі лабораторних експериментів. Можливість тривалого перебування в повітрі при мінімальному енергоспоживанні робить Floaty ідеальним інструментом для інспекції промислових об'єктів із сильними висхідними потоками, наприклад, димових труб або вентиляційних шахт. Крім того, подібні принципи можуть бути інтегровані в системи керування корисним навантаженням метеозондів або використані для високоточного наведення ракет під час їхнього входу в щільні шари атмосфери. У довгостроковій перспективі це може призвести до створення гібридних апаратів, здатних перемикатися між активним польотом і енергоощадним ширянням.
Новий технологічний стандарт BYD Great Tang
