Учёные Московского физико-технического института (МФТИ) и Сколтеха разработали алгоритм стабилизации для миниатюрных роботов с машущими крыльями, скопировав аэродинамику полёта шмеля. Технология позволяет микроустройствам сохранять устойчивость даже при сильных порывах ветра, что открывает перспективы их применения в разведке, поисково-спасательных операциях и сельском хозяйстве .

Как это работает

Шмели считаются одними из самых манёвренных насекомых в природе — они зависают в воздухе, мгновенно разворачиваются и меняют направление. Секрет кроется в вихревой аэродинамике: каждый взмах крыла создаёт устойчивые вихревые структуры, порождающие подъёмную силу . Однако машущий полёт сам по себе крайне неустойчив. У живого шмеля нервная система непрерывно корректирует движения крыльев, но при переносе этого принципа на робота равновесие теряется при малейшем порыве ветра .

Созданный учёными алгоритм решает эту проблему, управляя тремя ключевыми параметрами движения крыла: амплитудой взмаха, средним положением траектории и углом поворота крыла вокруг собственной оси . На каждом шаге система рассчитывает, как изменить эти параметры, чтобы сохранить заданный курс и быстро вернуть аппарат к устойчивому движению после внешнего возмущения .

Испытания в цифровой среде

Эффективность алгоритма подтвердили в цифровой аэродинамической трубе. Обычный линейный контроллер удерживал модель только при ветре силой до 50–60% от веса объекта. Новый гибридный алгоритм справился с порывами, сила которых в полтора раза превышала вес аппарата . Время стабилизации в таких условиях составило от трёх до шести секунд .

Как рассказал доцент МФТИ и руководитель исследовательской группы Центра ИИ Сколтеха Николай Ефанов: «Наш метод позволяет роботу сохранять устойчивый полёт в гораздо более широком диапазоне условий. Это особенно важно для микроустройств, которым предстоит работать в экстремальной среде: между деревьями, внутри зданий, в поисково-спасательных операциях, при мониторинге инфраструктуры или опылении растений в теплицах» .

Перспективы применения

Роботов-шмелей планируют использовать для нескольких типов задач :

  • Разведка и мониторинг — скрытое наблюдение за объектами
  • Поиск людей в завалах — проникновение в труднодоступные места после катастроф
  • Опыление растений — точечная работа в теплицах и закрытых агрокомплексах
  • Инспекция инфраструктуры — обследование элементов зданий и сооружений

Текущий статус разработки

Сейчас проект находится на этапе цифрового моделирования. По словам Николая Ефанова, для создания работающего прототипа потребуется от полугода до нескольких лет при условии заинтересованности заказчиков . Главная инженерная проблема — источник питания: существующие батарейки слишком тяжелы для микроробота. Учёные рассматривают возможность внешнего питания по проводку как временное решение . В вычислительной среде, созданной исследователями, можно сравнивать три подхода к управлению: классические регуляторы, нейросетевые алгоритмы и гибридные схемы, сочетающие аналитический расчёт с машинным обучением .