Как у жука: робот с пассивным механизмом крыльев для полёта в ограниченном пространстве

Швейцарские учёные разгадали секрет крыльев жука-носорога. Оказалось, что для взлёта и посадки ему не нужны лишние мускулы — всё происходит пассивно, почти как магия. Этот природный трюк может совершить революцию в создании крошечных летающих роботов.

Порой самые гениальные инженерные решения природа придумала миллионы лет назад. Нам остаётся лишь подсмотреть и повторить — и тогда наши механизмы становятся проще, элегантнее и эффективнее.

Среди всех летающих насекомых жуки — настоящие инженеры-виртуозы. Их крыльевой «комплект» состоит из двух пар: жёстких надкрыльев-панцирей спереди и хрупких перепончатых крыльев сзади, которые они мастерски упаковывают под «крышкой». Мы уже неплохо изучили, как эти задние крылья складываются в причудливые узоры, похожие на оригами. Но как жук так ловко и мгновенно их расправляет перед полётом и убирает после? Здесь наука долго терялась в догадках.

Раньше считалось, что за эту работу отвечают мощные грудные мышцы. Звучит логично, правда? Вот только экспериментальных подтверждений этой теории что-то не находилось.

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны решили докопаться до истины. Они взяли жуков-носорогов и с пристрастием изучили механизм их крыльев. Результаты своей работы они опубликовали в авторитетном журнале Nature.

Механика, достойная восхищения

Ведущий исследователь Хоанг-Ву Фан с коллегами поступили хитро. Они сняли движения жука на высокоскоростные камеры, а затем создали динамически похожего летающего робота, чтобы проверить свою гипотезу. И знаете, что выяснилось? Всё работает на удивление просто и пассивно! Главную роль в этом балете играют те самые жёсткие надкрылья.

Робот пассивно раскрывает и убирает крылья. Hoang Vu Phan

Процесс расправления крыльев состоит из двух изящных фаз. Сначала жук приподнимает надкрылья — и спрятанные под ними задние крылья, как пружина, частично выскакивают. Затем взмахивающее движение поднимает их уже в полное лётное положение. А для посадки жук просто использует свои надкрылья как рычаг, чтобы пассивно, без усилий, опустить нежные крылья обратно в «футляр». Гениальная экономия энергии, не находите?

Вдохновлённые этим открытием, учёные создали микророботов, которые копируют этот пассивный механизм. И что же? Роботы успешно взлетели и поддерживали полёт. Природа снова дала мастер-класс.

Раскрытие крыльев жука. Hoang Vu Phan

Выводы исследования открывают потрясающие перспективы. Если перенести этот пассивный механизм в конструкцию летающих микророботов, это может кардинально улучшить их возможности. Представьте себе крошечные машины, способные работать в тесных, загромождённых пространствах, — например, внутри труб или в завалах после катастроф. Будущее робототехники, кажется, снова пишется в мире насекомых.