Журнал РАДИОЛОЦМАН, октябрь 2016
Evan Lerner
Пенсильванский университет
Технология имеет тенденцию двигаться к большему и лучшему, втискивая в одно устройство все больше функций. Но иногда меньше означает больше.
Для выполнения работ в таких местах, которые слишком грязны или опасны для человека, часто привлекают роботов, как это делалось, например, при обследовании АЭС Фукусима после того, как она пережила несколько этапов разрушения в результате цунами. Однако самые продвинутые роботы столкнулись с теми же проблемами, что и их человеческие аналоги: огромные уровни радиации внутри АЭС делали их миссию дорогой в один конец. Теперь для таких целей создаются более миниатюрные и простые роботы.
Исследователи из Школы инженерных и прикладных наук при Пенсильванском университете также сделали шаг вперед в этом направлении, дебютировав с самым маленьким в мире управляемым летательным аппаратом с автономным питанием – Piccolissimo.
 |
||
| Мэтью Пикколи. | ||
Piccolissimo, что переводится с итальянского как «крохотный», появился благодаря таланту Мэтта Пикколи (Matt Piccoli), аспиранту профессора Марка Има (Mark Yim) из лаборатории ModLab. Робот изготавливается в двух размерах. Меньший весит менее 2.5 г при ширине порядка 25 мм, в то время как более крупная управляемая версия на 2 г тяжелее и на сантиметр шире.
Последовательность прилагательных, характеризующих Piccolissimo как «самый маленький», понадобилась для того, чтобы подчеркнуть объем совместных усилий, которых потребовала миниатюризация летающих роботов. Например, созданный в Гарвардском университете RoboBee на несколько миллиметров меньше, чем управляемый Piccolissimo, однако он привязан к наземному источнику питания, ограничивающему диапазон его перемещений.
Реализация направленного управления столь крошечным телом является большой проблемой, однако в ModLab она была решена. Одним из направлений работ этой лаборатории является создание «малоприводных» роботов, способных к перемещению в наибольшем диапазоне при минимально возможном количестве моторов.
 |
||
| У Piccolissimo есть две движущихся части: корпус и пропеллер. О том, с какой скоростью пропеллер должен вращаться, ему сообщает инфракрасный сигнал. |
||
Поэтому у Piccolissimo есть только две подвижные части: пропеллер и сам робот. Напечатанный легким пластиком на 3D принтере, корпус Piccolissimo вращается в направлении, противоположном пропеллеру. Точные изменения скорости вращения контролируются инфракрасным сигналом, который может разворачивать робота в ту или другую сторону.
«Корпус вращается со скоростью примерно 40 оборотов в секунду, в то время как скорость вращения пропеллера – порядка 800 оборотов в секунду, – сказал Пикколи. – Поскольку пропеллер устанавливается эксцентрично относительно корпуса устройства, центр пропеллера, а значит и положение точки приложения силы, также вращаются примерно 40 раз в секунду. Если мы увеличиваем скорость вращения пропеллера каждый раз, когда корпус повернут на "6 часов", и замедляем каждый раз, когда корпус повернут на "12 часов", средний крутящий момент стремится развернуть робота в направлении "12 часов"».
Хотя грузоподъемность Piccolissimo ограничена его маленькими размерами, все же он способен нести полезную нагрузку около одного грамма, а этого достаточно, чтобы установить на него небольшую камеру или какой-либо другой датчик. Пикколи также считает, что из уникального способа перемещения робота можно извлечь безусловную пользу.
«Вращающиеся летательные аппараты довольно страшны для транспортировки людей, но довольно фантастичны для транспортировки датчиков, – продолжал Пикколи. – Это обычная практика: сделать простой датчик, а затем вращать его, подобно тарелкам радаров в аэропортах. Мы же получаем эту функцию бесплатно, так как можем взять однострочную камеру, такую как в считывателе штрих-кодов, установить ее на корпусе аппарата и получить круговую панораму. Эти камеры проще и меньше нормальных 2D камер, но все же мы смогли получить хороший обзор».
Piccolissimo символизирует творческое мышление сотрудников Центра инженерных изысканий и совместной работы (PERCH) Пенсильванского университета, где ModLab входит в тройку основных групп, занимающихся созданием роботов. По соседству с ModLab расположена лаборатория Kod*Lab, разрабатывающая шагающих и иных подобных биологическим объектам роботов, и лаборатория многороботовых систем (MRSL), специализирующаяся на создании автономных наземных и воздушных роботов, а также на разработке алгоритмов, моделирующих поведение групп биологических объектов. PERCH расположен на третьем этаже Пенсильванского центра – бизнес-инкубатора и лаборатории, объединившего ученых, изобретателей и предпринимателей для коммерциализации научных открытий.
«С Piccolissimo мечта о совместном полете ста роботов может стать реальностью, как с точки зрения размеров, так и цены, – сказал Марк Им. – При выполнении поисковых и спасательных работ 100 или 1000 маленьких управляемых летательных аппаратов могут исследовать место катастрофы намного лучше, чем один большой и дорогой».
