Бионические бабочки-разведчицы: крылатая смерть

Инженеры немецкой компании Festo создали новых бионических роботов, которые не только внешне похожи на свои природные прототипы, но и способны действовать сообща, а также принимать решения. Прототипами стали муравьи, бабочки и ящерицы-хамелеоны. Все разработки немецкие ученые собираются представить на крупнейшей в мире технологической выставке в Германии Hannover Messe, которая пройдет в этом году с 13 по 17 апреля.

В последние несколько лет инженеры всего мира все больше интереса проявляют к бионике - науке, которая изучает явления и процессы в живых организмах с целью создания работающей по тем же принципам техники. По мнению специалистов, уже в ближайшем будущем бионика станет основой создания робототехники, средств защиты и маскировки, интеллектуальных материалов, будет использоваться для энергообеспечения, и в медицинских исследованиях. Безграничные возможности по заимствованию технологий и идей природа открывает перед инженерами - для усовершенствования существующих и создания принципиально новых машин, аппаратов, приборов, строительных конструкций и технологических процессов.

Также бионика изучает законы формирования живых тканей, конструктивных систем живых организмов для экономии материалов и  энергии, обеспечения надежности. Так, изучение дельфинов позволило создать специальное покрытие, уменьшающее сопротивление воды при движении судна. Большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Одно из самых перспективных на сегодня направлений -создание слоистых конструкций.

Идея заимствована у глубоководных моллюсков, ракушки которых состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая ткань трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не распространяется дальше. Такая технология может быть использована и в военной сфере, например, для создания современных инженерных сооружений.

Но наиболее активно технологии бионики применяются в военной сфере, при разработке биологических средств обнаружения, навигации и ориентации. Для этого моделируются функции и структуры мозга высших животных и человека, создаются системы биоэлектрического управления "человек - машина". Так, например, на основании изучения глаза лягушки разработана и проходит испытание модель электронного глаза для систем слежения. Уже есть технологии, благодаря которым человек может карабкаться по стенам, подобно геккону, используемый для разведки робот-слизняк ChemBot, нанодроны колибри и прочие устройства.

Коллекцию таких разработок пополнила компания Festo, одна из самых известных бионических компаний мира. В рамках проекта BLN (BiologicalLearningNetwork) уже несколько лет ее специалисты создают роботы, имитирующие живые организмы. Ранее инженеры Festo продемонстрировали крайне реалистичных роботов AquaJelly (медузу), AquaPenguin (пингвина), AquaRay (ската), Airacuda (акулу), SmartBird (чайку) и BionicOpter (стрекозу). По неофициальным данным именно компания Festo стала конструктором птицеподобных дронов, широко используемых спецслужбами США  для ведения разведки в Пакистане и Иране, где обычные американские беспилотники применять невозможно.

Для разведки инженерами Festo созданы и новые бионические бабочки дроны eMotionButterflies. Используя особую систему внешнего контроля, с высоты полета они следят за ситуацией в режиме реального времени и способны самостоятельно строить траекторию полета. У каждого насекомого в корпус встроены ИК-датчики, благодаря которым осуществляется двусторонняя коммуникация между роботами и центральной системой управления в виде головного компьютера.

Крылья бабочек выполнены из гибких пленок-конденсаторов, которые крепятся к почти невесомому каркасу из тонких графитовых стержней. Такая конструкция позволила инженерам достичь максимально возможного размаха крыльев (50 сантиметров) при минимальном общем весе робота в 32 грамма. При этом каждое насекомое оснащено полным набором профессионального разведчика: датчиками, гироскопами, акселерометрами, компасами и микроконтроллерами.

Частота взмахов крыльев бионических бабочек максимально приближена к природному прототипу и составляет около 1-2 Гц. При этом роботы способны летать со скоростью до 2,5 метров в секунду и зависать в воздухе на 4-5 минут для обозрения территории и сбора информации. Подзарядка таких устройств занимает не более 15 минут.

Такие роботы будут использоваться в военной сфере для проведения разведки. Особенно будут полезны электронные насекомые для эффективного планирования и проведения военных операций. Ведь если на территорию противника залетит даже самый крошечный разведывательный дрон, его тут же обнаружат и нейтрализуют, тогда как электронную бабочку сложно отличить от живого природного аналога. Как известно, в активе Пентагона уже есть нанороботы-комары, способные перемещаться на дальние расстояния, находить жертву и отравлять ее кровь ядом. Теоретически, после доработки и модификации, аналогичные функции могут выполнять и бионические бабочки. 

Две другие новые разработки Festo созданы для мирных целей. Так, роботов-муравьев BionicANTs будут использовать в производственной сфере. Конструкторы воспроизвели не только внешний вид природных прототипов, но и с помощью комплексных алгоритмов управления сымитировали коллективное поведение насекомых.

Возглавляющий отдел корпоративных коммуникаций и будущих концепций компании Festo Генрих Фронтцек поясняет, что ANT в названии серии означает Autonomous Networking Technologies, то есть автономные сетевые технологии. Они основаны на адаптационной интеллектуальной  программе, заставляющей отдельных роботов работать на единую цель, подчиняясь централизованной системе управления. То есть, каждый "муравей" принимает самостоятельные решения, но при этом находится в постоянном контакте с "сородичами", координируя соответственно свои действия и движения.

В ножные приводы каждого электронного насекомого встроены пьезокерамические преобразователи, а на голове находятся по две камеры, которые помогают контролировать передвижения. За отслеживание местоположения отвечают оптические датчики, интегрированные в грудной отдел робота. Длина тела каждого муравья BionicANT составляет всего 13,5 сантиметров. Питание обеспечивают две 7,2-ваттные батареи. BionicANT будут использовать в роботизированном производстве различных деталей.

Для отрасли, где требуется максимально аккуратная работа по переноске предметов, специалисты Festo разработали бионическую ящерицу-хамелеона FlexShapeGripper.

В отличие от двух предыдущих роботов, это не полная внешняя имитация природного прототипа: заинтересовал изобретателей лишь липкий язык хамелеона. В итоге они создали прикрепленный к роботизированной руке эластичный силиконовый захват, способный удержать и перенести практически любой предмет. Робот аккуратно берет объект и крепко не выпускает до поступления специального сигнала. Вне зависимости от формы и размера груза, бионическая ящерица прекрасно справлялась с поставленной задачей.