Безбатарейні роботи використовують принцип орігамі, щоб змінювати форму в повітрі

Дослідники з Вашингтонського університету розробили невеликі роботизовані пристрої, які можуть змінювати свою форму в повітрі, «замикаючись» у складеному положенні під час падіння.

Коли ці «мікрофлайери» скидаються з дрона, вони використовують складку орігамі Міура-орі, щоб переключитися з падіння і розсіювання в повітрі на падіння прямо на землю. Щоб розкидати флаєри, дослідники контролюють час переходу кожного пристрою за допомогою декількох методів: бортового датчика тиску (оцінка висоти), бортового таймера або сигналу Bluetooth.

Мікрофлайери важать близько 400 міліграмів — приблизно вдвічі менше, ніж цвях — і можуть подолати відстань футбольного поля, якщо їх скинути з висоти 40 метрів (близько 131 фута) при легкому вітерці. Кожен пристрій має вбудований безбатарейний привід, схему збору сонячної енергії та контролер, який запускає ці зміни форми в повітрі. Мікрофлайери також можуть нести на борту датчики для вимірювання температури, вологості та інших умов під час польоту.

Команда опублікувала ці результати 13 вересня в журналі Science Robotics.

«Використання орігамі відкриває новий простір для дизайну мікрофлайерів», — сказав співавтор роботи Вікрам Айєр, доцент Університету Вірджинії в Школі комп’ютерних наук та інженерії Пола Г. Аллена (Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering). «Ми поєднуємо складку Міура-орі, натхненну геометричними візерунками листя, зі збором енергії та крихітними приводами, щоб дозволити нашим флаєрам імітувати політ різних типів листя в повітрі. У розгорнутому стані наша конструкція орігамі хаотично хитається на вітрі, подібно до в’язового листка. Але при переході до складеного стану потік повітря навколо неї змінюється, і вона починає стабільно падати, подібно до того, як падає кленовий лист. Цей високоенергоефективний метод дозволяє нам керувати спуском мікрофлаєра без батареї, що раніше було неможливо».

Ці роботизовані системи долають кілька конструкторських викликів. Пристрої

• достатньо жорсткі, щоб уникнути випадкового переходу в складений стан до сигналу.
• швидко переходять між станами. Бортовим приводам пристроїв потрібно лише близько 25 мілісекунд, щоб ініціювати складання.
• змінювати форму без підключення до джерела живлення. Схема збору енергії в мікрофлайерах використовує сонячне світло для живлення актуатора.
• Нинішні мікрофлайери можуть переходити лише в одному напрямку — зі стану розгортання до стану падіння. Цей перемикач дозволяє дослідникам контролювати падіння кількох мікрофлаєрів одночасно, щоб вони розліталися в різні боки під час падіння.

За словами дослідників, майбутні пристрої зможуть переходити в обох напрямках. Ця додаткова функціональність дозволить здійснювати більш точні посадки в умовах турбулентного вітру.

Співавторами цієї статті також є Кайл Джонсон і Вісенте Арройос, докторанти Університету Аллена; Амелі Ферран, докторантка факультету машинобудування Університету Аллена; Рауль Вільянуева, Денніс Інь і Тільбун Ельбер’є, які виконали цю роботу, будучи студентами бакалаврату Університету Аллена, які вивчали електротехніку і комп’ютерну інженерію; Альберто Аліседа, професор машинобудування Університету Аллена; Сойєр Фуллер, доцент кафедри машинобудування Університету Аллена; і Шям Ґоллакота, професор Школи Аллена Університету.

Це дослідження було профінансовано стипендією Фонду Мура, Національним науковим фондом, Національним консорціумом GEM, програмою стипендій Google, програмою стипендій Cadence, Вашингтонською програмою космічних грантів НАСА та програмою стипендій SPEEA ACE.

Нагадаємо, що інженери також використовують кірігамі для створення надміцних, легких конструкцій