99% Точність Визначення Вітру з Біоміметичними Крилами, Надихнутими Колібрі

Дослідники з Інституту Науки Токіо представили новаторську методику визначення напрямку вітру з точністю 99%, використовуючи гнучкі крила з датчиками деформації. Цей біо-натхненний підхід відкриває нові можливості для покращення керування польотом роботів із махаючими крилами в складних погодних умовах.

Натхнення від крил колібрі

Птахи й комахи мають спеціалізовані механічні рецептори на крилах, які збирають сенсорні дані про напруження. Ця природна адаптація дозволяє їм миттєво реагувати на зміни вітру та навколишнього середовища, що сприяє точному коригуванню польоту.

Дослідники, натхненні цими біологічними механізмами, вивчили, як подібні датчики можуть бути корисні для роботизованих систем. Під керівництвом доцента Хірото Танаки команда протестувала гнучкі крила, що імітують структуру крил колібрі.

Експерименти проводилися в аеродинамічній трубі, де моделювалися умови зависаючого польоту. Основна увага приділялася точному визначенню напрямку повітряних потоків під час махаючого руху крил.

Гнучкі крила з датчиками

Традиційні технології вимірювання повітряного потоку часто ускладнені через обмеження за вагою та розмірами у малих літаючих роботах. Однак використання простих датчиків деформації на крилах дозволяє обходитися без складного додаткового обладнання.

Дослідники закріпили сім стандартних датчиків деформації на гнучкій конструкції, що нагадує крила колібрі. Ці крила, виготовлені із звужених стрижнів і плівки, рухалися з частотою 12 розмахів на секунду завдяки приводу постійного струму.

Під час тестів в аеродинамічній трубі крила піддавалися впливу повітряного потоку зі швидкістю 0,8 м/с. Напрямок вітру змінювався під кутами 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° і 90°, а також проводилися вимірювання у нерухомому стані.

Штучний інтелект в аналізі даних

Для обробки даних використовувалася згорткова нейронна мережа (CNN), яка аналізувала показники датчиків і класифікувала умови повітряного потоку.

Результати виявилися вражаючими:

• При аналізі повного циклу махів система досягла точності 99,5%.
• Навіть при аналізі лише 0,2 циклу точність становила 85,2%.
• Використання одного датчика дало результат від 95,2% до 98,8% при повному циклі, але знижувалося до 65,6% і нижче при коротких інтервалах даних.
• При видаленні внутрішніх стрижнів крил точність зменшувалася на 4,4% для коротких даних і на 0,5% для повного циклу.

Майбутнє роботизованих систем

Це дослідження проливає світло на механізми польоту птахів і комах, демонструючи, як вони використовують сенсори деформації для точного керування рухом. Це відкриття може призвести до розробки більш адаптивних і ефективних біоміметичних роботів із махаючими крилами.

З розвитком робототехніки такі методи виявлення повітряних потоків можуть стати важливим кроком у створенні автономних літальних апаратів, що використовують принципи природи для більш стійкого й ефективного польоту.