Мечты об инсектоидах

Инженеры давно мечтают о миниатюрных роботах-инсектоидах, способных перемешаться во всех трех средах: по земле, на воде, в воздухе, и выполнять какие-то полезные для человека функции. Обычно в приоритете у разработчиков робопчела, которая должна заменить естественных опылителей, вымирающих от неизвестных причин в ходе идущего экологического кризиса. Есть и меркантильная причина — плантаторы не жаждут тратить все больше и больше денег на услуги приглашенных пчеловодов; да и пчелы у последних тоже стремительно вымирают.

Пока таких робопчел нет, но работы над инсектоидами идут вовсю. Например, в Лаборатории микророботов Гарвардского университета под руководством Роберта Вуда. Работу над своим миниатюрным роботом они ведут уже четверть века, а саму задачу Вуд поставил себе, когда был старшеклассником. Первого успеха его группа добилась только в 2013 году: в тот год гарвардский инсектоид наконец взлетел. До этого 13 лет надо было все делать с нуля и методом тыка.

В конце концов вышел робот, который имел вид цилиндра, стоящего вертикально на трех ножках, а к его верхней части на плечиках из пластика и графитового волокна крепились два почти невидимых крыла. Движитель собрали из двух пьезокристаллов и графитовых тяг: под действием электроимпульса кристалл меняет размер, тяга тянет крыло, и оно машет. С большой скоростью — 120 раз в минуту, причем контроллер менял наклон крыла для стабилизации полета. Вся эта изящная вещица весила 85 миллиграмм. У робота не было ни батарейки, ни мозгов, им управляли и питали энергией, подавая электричество по кабелю. Приземлялся этот робот плохо, чаше падал.

Первый полет гарвардского инсектоида, 2013 год

В 2015 году робота научили нырять и плавать. Поверхностное натяжение оказалось для него непреодолимой преградой, и чтобы пробить поверхность воды, робот сначала разгонялся, а потом складывал крылья и камнем падал в воду. Оказавшись в воде, он менял частоту взмахов крыла до 9 раз в минуту и так плавал.

Нырнув под воду, инсектоид не мог вынырнуть — опять мешало поверхностное натяжение. Чтобы его пробить изнутри, увечили грузоподъемность устройства до 175 миллиграмм. Благодаря этому в конструкцию добавили четыре поплавка и электролизер с камерой сгорания. При появлении сигнала на всплытие электролизер включался и разлагал воду на гремучую смесь. Потом искра, микровзрыв — и робот пробкой вылетает из-под воды.

Плавающий и выныривающий инсектоид с камерой сгорания и реактивным двигателем, 2017 год

И вот наступил 2025 год — инсектоида наконец-то научили безошибочно приземляться. А до этого просто выключали крылья, и он падал под действием силы тяжести; инженеры в это время молились, чтобы робот не поломался, ведь в нем есть очень хрупкие детали — пьезоэлектрические движители.

В качества прототипа выбрали виртуоза в деле мягкой посадки — гигантского комара-долгоножку карамору, благо его размер соответствует размеру гарвардского инсектоида. С помощью биологов механики тщательно изучили строение конечностей караморы и построили похожие ноги из нескольких членов, соединенных упругими связками. Также робота оснастили новым контроллером, который замедлял полет перед посадкой. И эта бионическая конструкция сработала — инсектоид стал мягко приземляться на свои четыре ноги. Теперь исследователям осталось отцепить его от кабеля, то есть дать автономные мозги, датчики и батарейку, а там, глядишь, дело и до каких-нибудь манипуляторов дойдет.

Гарвардский инсектоид к 2025 году стал похож не на пчелу, а на карамору