Поисково-спасательные миссии часто проходят в районах, недоступных для людей — из-за экстремальной погоды, пересечённой местности или опасных условий вроде дыма и пыли. По данным Международной федерации обществ Красного Креста и Красного Полумесяца, ежегодно в мире проводится более 120 000 спасательных операций — многие из них в условиях, где человеческий фактор ограничивает эффективность.
Исследователь из Вустерского политехнического института (WPI) предлагает отправлять на такие миссии роботов, вдохновлённых летучими мышами — вместо людей.
Профессор WPI Нитин Дж. Санкэт с командой разработал миниатюрные летающие роботы размером с ладонь (всего 10 граммов), использующие ультразвук — как у летучих мышей. Роботы применяют ИИ-программы для фильтрации шума в ультразвуковых сигналах — это позволяет обнаруживать препятствия в радиусе двух метров даже в полной темноте или при сильной запылённости.
«Поиск и спасение проводят пешком, — рассказал Санкэт TechCrunch. — Много людей ходят с фонариками в суровых условиях, рискуя жизнью ради спасения других. Мы подумали: дроны — это ответ, они быстро покрывают большие территории, манёвренны и оперативны. Один такой робот может обследовать до 500 квадратных метров за 3 минуты».
Санкэт давно увлечён воздушными роботами и дронами — его работы публиковались в журналах IEEE и Science Robotics. Во время докторантуры в Университете Мэриленда его научный руководитель бросил вызов: создать самый маленький автономный летающий робот. Это подтолкнуло к изучению биологии для миниатюризации.
«Мы переосмыслили, что такое дрон — вернулись к биологии, потому что природа делает это лучше, — сказал Санкэт. — Как насекомые и птицы летают с ограниченными вычислениями и неидеальными сенсорами? Глаза у них не самые чёткие, мозг крошечный — но они выполняют удивительные полёты. Это легло в основу моей диссертации, защищённой в 2022 году».
Санкэт создал прототип роботизированного улья из 20 мини-дронов для опыления цветов — проект получил грант DARPA в 2021 году. Поняв, что это слишком амбициозно для ближайшего применения, он переключился на области, где биороботы дадут результат быстрее — так родился текущий проект, финансируемый NSF.
Главная сложность — встроить нужные сенсоры и лётные технологии, не сделав робота большим, дорогим или энергоёмким. Робот питается от литий-полимерной батареи на 50 мА·ч — хватает на 12 минут полёта.
Команда использовала ультразвуковые датчики из автоматических кранов — они потребляют всего 10 мВт. Но пропеллеры создавали слишком много шума — перегружая сенсоры.
Решение нашли у летучих мышей.
«У летучих мышей особые ткани в носу, ушах и рту — они адаптивно меняют толщину и плотность, модулируя звук, — объяснил Санкэт. — Мы подумали: круто! Можно ли так же? Создали 3D-печатную структуру из гибкого TPU перед роботом — она функционально повторяет действия мыши, меняя форму звуковой волны и снижая шум на 40 дБ».
Теперь роботы работают — следующий вызов: увеличить скорость с текущих 2 м/с до 5 м/с.
«Мы, люди, любим копировать мозг человека, — сказал Санкэт. — Забываем, насколько удивительны другие животные, особенно насекомые и птицы. Они крошечные — но совершают невероятные навигационные подвиги. Думаю, учёным стоит мыслить шире, чем просто инженерам».
Оригинал
Уникальность
