Исследователи из Германии представили необычный летательный аппарат под названием Floaty, который способен находиться в воздухе без пропеллеров, реактивных двигателей и традиционных крыльев. Вместо создания собственной тяги робот использует энергию восходящих потоков воздуха, подобно тому, как это делают некоторые виды птиц во время парящего полёта.

Новая технология открывает перспективы для создания сверхэкономичных летательных аппаратов. Благодаря минимальному энергопотреблению такие системы могут использоваться для мониторинга промышленных объектов, научных исследований атмосферы и даже в аэрокосмической отрасли, где эффективность и автономность имеют решающее значение.

Полёт без пропеллеров и двигателей

Проект разработали специалисты из Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка в Тюбингене и Штутгартского университета. В основе конструкции лежит принцип использования естественных восходящих потоков воздуха, которые позволяют аппарату удерживаться на высоте практически без затрат энергии на создание подъёмной силы.

В отличие от квадрокоптеров и большинства современных беспилотников, Floaty не раскручивает винты для удержания в воздухе. Вместо этого робот использует поток воздуха, поступающий снизу вверх, а собственная электроника отвечает только за управление положением аппарата и поддержание устойчивости.

Как устроен робот Floaty

Конструкция аппарата включает четыре подвижные створки, расположенные в верхней части корпуса. Каждая из них управляется независимо и может менять своё положение в режиме реального времени.

Изменяя угол раскрытия створок, робот регулирует площадь взаимодействия с воздушным потоком. Это позволяет контролировать подъёмную силу и выполнять основные манёвры: изменять крен, тангаж и направление движения.

Фактически аппарат не создаёт тягу самостоятельно. Всю необходимую энергию для удержания в воздухе обеспечивает внешний поток воздуха, а встроенные сервоприводы лишь изменяют аэродинамическую конфигурацию конструкции.

Для управления используется специально обученная аэродинамическая модель, которая анализирует положение робота и рассчитывает оптимальное положение створок. Такая система обеспечивает стабильное управление по всем шести степеням свободы.

Инженерам пришлось решить проблему устойчивости

Одной из самых сложных задач стала стабилизация аппарата в воздухе. Без правильной балансировки робот мог бы легко переворачиваться или терять устойчивость под воздействием внешних возмущений.

Для решения этой проблемы центр тяжести конструкции был смещён примерно на семь сантиметров ниже плоскости управляющих створок. Дополнительно сами элементы управления получили специальный изгиб под углом 42,5 градуса, что улучшило аэродинамическую устойчивость системы.

Испытания проводились в вертикальной аэродинамической трубе диаметром 1,2 метра. Для контроля положения аппарата использовалась высокоточная система отслеживания движения, работавшая с частотой 200 измерений в секунду. Команды управления передавались по беспроводному каналу связи.

В десять раз экономичнее обычных дронов

Во время тестов робот массой всего 340 граммов успешно удерживался в рабочей зоне воздушного потока со скоростью от 8 до 11 метров в секунду. Аппарат также выдерживал внешние воздействия, включая боковой ветер скоростью до 4 метров в секунду.

Питание обеспечивали два литий-полимерных аккумулятора ёмкостью по 250 мА·ч. В среднем робот мог находиться в воздухе около 33 минут.

Особенно впечатляющим оказался уровень энергопотребления. Floaty расходовал около 3,4 ватта мощности, что соответствует примерно 10 Вт на килограмм массы. Для сравнения, большинство современных мультикоптеров при зависании требуют от 100 до 250 Вт на килограмм, то есть в десятки раз больше.

Где может пригодиться новая технология

Разработчики считают, что подобные аппараты найдут применение в местах, где постоянно присутствуют восходящие воздушные потоки.

Одним из возможных направлений является инспекция промышленных сооружений — дымовых труб, вентиляционных шахт и энергетических объектов. Робот сможет длительное время находиться в рабочей зоне, практически не расходуя энергию.

Также технология может использоваться для управления научными приборами на метеозондах и атмосферных платформах. В аэрокосмической отрасли принципы, заложенные в Floaty, рассматриваются для повышения эффективности систем управления при входе летательных аппаратов в плотные слои атмосферы.

В дальнейшем инженеры планируют развивать концепцию гибридных аппаратов, которые смогут сочетать пассивное парение в воздушных потоках с традиционными двигателями. Такой подход позволит значительно увеличить время полёта и снизить энергозатраты по сравнению с существующими беспилотными системами.