Новый RoboFalcon 2.0 совершенствует биомиметическую робототехнику с циклом FSF, проверенным в реальных полетах

Исследователи Северо-Западного политехнического университета, расположенного в Сиане, Китай, представили RoboFalcon 2.0, робота, способного взлетать автономно, воспроизводя модели полета, наблюдаемые у птиц и летучих мышей. В прототипе используется механизм, который объединяет взмахи, взмахи и складывание крыльев в непрерывном цикле, что обеспечивает точное управление на низких скоростях.

Это нововведение решает исторические проблемы биомиметической воздушной робототехники, где предыдущие конструкции полагались на внешнюю помощь при взлете или ограниченных медленных маневрах. Испытания, проведенные в лаборатории и аэродинамической трубе, подтвердили эффективность системы в различных условиях.

• Возможность привязного полета со стабильной траекторией.
• Независимая регулировка амплитуды для контроля высоты тона.
• Регулируемая частота ударов до 7,5 Гц.

Технические характеристики прототипа

RoboFalcon 2.0 весит около 800 граммов и имеет размах крыльев 1,2 метра. В центральной системе привода используется один двигатель, соединенный с коническим коромыслом, отвечающим за передачу движения крыльям.

Крылья разделены на три сегмента, покрытых полиэфирной мембраной, обеспечивающей гибкость во время циклов. Механизмы развязки позволяют независимо изменять изгибы и размахи, создавая наклонные плоскости удара, аналогичные тем, что у медленно летящих птиц.

Интегрированная схема движения FSF

Цикл «взмах-взмах-складывание» сочетает в себе три основных действия в каждом такте. Во время хода вниз переднее вентральное движение создает большую часть подъемной силы, в то время как втягивание хода вверх минимизирует аэродинамическое сопротивление.

Угол поворота варьируется от 5 до 25 градусов, контролируемо модулируя момент тангажа. Большие амплитуды усиливают вихрь на передней кромке, улучшая производительность на низких скоростях.

Складывание крыльев способствует стабильности в неактивные фазы цикла. Такая интеграция обеспечивает точные маневры зависания и переход к направленному полету.

Испытания проведены в аэродинамической трубе

Эксперименты в открытой аэродинамической трубе позволили оценить прототип на скорости от нуля до 7 метров в секунду. Измерения с помощью шестикомпонентного тензодатчика зафиксировали последовательное увеличение средней подъемной силы с большей амплитудой размаха.

Жидкостная тяга оставалась стабильной на разных частотах биений. Момент тангажа стал положительным на более высоких скоростях, что указывает на адекватный контроль.

Результаты показали снижение стандартных отклонений, что подтверждает повторяемость измерений.

Моделирование гидродинамики

Вычислительный анализ, основанный на уравнениях Навье-Стокса, выявил усиление вихря на передней кромке при максимальной конфигурации развертки. Центр давления переместился вперед, расширяя плечо аэродинамического момента.

Leia Tambem

Samsung выпускает новое обновление системы с новыми функциями для пользователей Galaxy Watch 4

Значительная скидка на Galaxy S25 Plus снижает стоимость в интернет-магазине до уровня ниже 4500 реалов.

Слух предполагает, что Nintendo готовит специальное издание Switch 2 с ремейком Ocarina of Time

Распределение давления на поверхностях крыла выявило обширные зоны пониженного давления на передней кромке. Эти явления объясняют наблюдаемое увеличение подъемной силы во время медленного полета.

Моделирование подтвердило эффективность реконфигурируемого механизма в сценариях с низкой скоростью.

Контроль во время взлета

В динамических имитационных моделях реализовано ПИД-управление для анализа автономного взлета. Регулировка стреловидности крыла поддерживала стабильный тангаж при квазизависании со скоростью менее 3 метров в секунду.

В различных масштабах система демонстрировала возможности управления, пропорциональные потребностям. Результаты показали необходимость компенсации на более высоких скоростях, чтобы избежать расхождений.

Реальные полеты, проверенные в лаборатории

Привязные испытания в радиусе 15 метров подтвердили взлет без посторонней помощи. При стандартном центре тяжести траектория следовала S-образной форме, достигая максимальной скорости 4 метра в секунду при частоте 7 Гц.

Предыдущая регулировка центра тяжести позволяла разгоняться до 6 метров в секунду без нестабильности тангажа. Потребляемая мощность при интенсивных маневрах достигала около 400 Вт.

Эволюция по сравнению с предыдущими версиями

В отличие от модели 2021 года, которая предназначена только для круизных полетов, RoboFalcon 2.0 включает в себя специальные изменения конфигурации для работы на низкой скорости. В проектах, вдохновленных насекомыми, часто используются уникальные степени свободы, отличающиеся от закономерностей, наблюдаемых у позвоночных.

Новый прототип устраняет исторические ограничения за счет комплексной координации активных и неактивных фаз. Энергоэффективность остается сложной задачей в масштабах птиц, но достижения делают этот подход жизнеспособным для практического применения.

Контекст развития в Китае

Исследование проводилось в Северо-Западном политехническом университете в Сиане, провинция Шэньси, известном своими традициями в области авиационной техники. Ответственная команда разработала механизмы на основе предыдущих прототипов, объединив передовые механические и электронные компоненты.

RoboFalcon 2.0 позиционирует учреждение как эталон в области воздушной биомиметической робототехники. Результаты открывают перспективы для будущего улучшения автономности и эффективности полета.