Безбатарейные роботы используют технику оригами для изменения формы в воздухе

Исследователи из University of Washington (UW) разработали небольшие роботизированные устройства, которые могут меняют способ передвижения по воздуху, изменяя свою форму во время снижения.

Когда эти устройства, названные в пресс-релизе университета "микрофлайеры", сбрасываются с беспилотника, они используют технику оригами Миура-ори, чтобы перейти от хаотичного кувыркания в воздухе к плавному снижению на землю. Для их распределения исследователи контролируют время перехода каждого устройства, используя бортовой датчик давления для оценки высоты, таймер и Bluetooth сигнал.

Микрофлаеры весят около 400 мг и "могут преодолеть расстояние футбольного поля при легком ветре, если их бросить с высоты 40 метров". Каждое устройство имеет встроенный привод, не требующий батареек, энергоаккумулирующую цепь и контроллер для запуска изменения формы в воздухе. Микрофлайеры также способны нести на борту датчики для измерения температуры, влажности и других параметров во время полета.

"Использование оригами открывает новые возможности для проектирования микрофлайеров, - говорит соавтор работы Викрам Айер, доцент Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering при UW. - Мы объединили технику Миура-ори с системой сбора энергии и крошечными исполнительными механизмами, что позволило нашим флаерам имитировать полет различных типов листьев в воздухе. В развернутом плоском состоянии наша оригами-конструкция хаотично кувыркается на ветру, подобно листу вяза. Но переход в сложенное состояние изменяет поток воздуха вокруг нее и обеспечивает стабильный спуск, подобно тому, как падает кленовый лист. Этот высокоэнергоэффективный метод позволяет нам управлять спуском микрофлаера без батареек, что ранее было невозможно".

В этих роботизированных системах решены несколько конструктивных задач. Устройства:

• достаточно жесткие, чтобы избежать случайного перехода в сложенное состояние до сигнала;
• быстро переходят из одного состояния в другое. Бортовым исполнительным механизмам устройств требуется всего около 25 мс, чтобы инициировать складывание;
• изменяют форму, не будучи привязанными к источнику питания. Энергоаккумулирующая цепь микрофлаеров использует солнечный свет для подачи энергии на исполнительный механизм.

На текущий момент микрофлайеры могут трансформироваться только в одном направлении - из состояния кувыркания в состояние падения. Это позволяет исследователям управлять падением нескольких устройств одновременно, так что они рассеиваются в разных направлениях по пути вниз. Но по их словам, будущие устройства смогут осуществлять переход в обоих направлениях. Эта дополнительная функциональность позволит более точно приземляться в условиях сильного ветра.

Работа "Solar-powered shape-changing origami microfliers" была вчера опубликована в журнале Science Robotics.