В лаборатории бионики Стэнфордского университета занимаются созданием необычных летательных аппаратов. Первый из них — беспилотный самолёт с уникальной способностью садиться на вертикальные поверхности и взлетать с них. Вместо шасси у него тонкие пружинящие «лапки» с острыми когтями, которые позволяют зацепиться за любую шершавую поверхность.
С виду примитивные, эти когтистые лапки — продукт длительных экспериментов и компьютерного моделирования. Их длина и упругость тщательно подобраны для идеальной посадки. Каждый коготок работает независимо от остальных, что позволяет лапке цепляться гораздо надёжнее.
Но главную роль в способности садиться на стену играет бортовой компьютер. Для успешной посадки необходимо совершить очень точный манёвр. Доля секунды раньше или позже — и самолет падает, не сумев зацепиться за стену.
Взлетает самолёт тоже со стены. Расслабив коготки, первые несколько секунд он удерживается в воздухе за счёт тяги винта, и одновременно набирает скорость, летя вниз головой от стены. Затем он переворачивается в нормальное положение.
Ещё один летательный аппарат, способный как муха цепляться к стене и даже к потолку — квадрокоптер, прилипающий к поверхностям за счёт сил Ван-дер-Ваальса. Его «сухая липучка» работает по тому же принципу, что и лапка геккона. Она не содержит ни присосок, ни клея, а прилипает к любой, как гладкой, так и шершавой поверхности лишь за счёт механического строения лапок. Они содержат миллиарды микроскопических ворсинок толщиной всего в несколько сотен нанометров. Эти ворсинки на много порядков увеличивают площадь сцепления лапки с поверхностью, благодаря чему межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса, возникающие на очень малых расстояниях, становятся способны удерживать значительный вес. К тому же их можно очень тонко и быстро контролировать — лапка геккона способна прилипать и отлипать от поверхности до 15 раз в секунду.
В стэнфордской лаборатории бионики уже несколько лет разрабатывают робота Stickybot, созданного по образу и подобию геккона. Опыт, полученный при создании его лап теперь перенесён и на летательный аппарат. Самолёты и квадрокоптеры, способные садиться не только на горизонтальные площадки, но и на стены домов, деревья, скалы, могут найти широкое применение в разведывательных аппаратах, при спасательных работах в местах стихийных бедствий, для наблюдения за природой. Если разместить на крыльях самолёта фотоэлементы, он сможет длительное время работать автономно даже не имея безопасной ровной площадки для взлёта и посадки, «отдыхая» на деревьях и камнях.
Умение совершать быстрые и точные манёвры, необходимое для взлётов и посадок на стены и потолки, может пригодиться и для маневрирования в стеснённых условиях, и для создания аппаратов, которые используют планирование совместно с другими способами перемещения в пространстве. Так, ещё один проект той же лаборатории — прыгающий планер. Его прототипами в живой природе стали белки-летяги и летучие рыбы. Они не способны к длительному полёту, но благодаря своей аэродинамике могут совершать затяжные прыжки. Такой способ перемещения эффективнее обычных прыжков или бега, позволяет преодолевать весьма крупные препятствия и гарантирует мягкую посадку при прыжке с любой высоты.
Экспериментальный аппарат совершает прыжок за счёт пружины, а в верхней точке приводит крылья в рабочее положение, спускаясь по длинной пологой траектории. Хотя из-за дополнительного аэродинамического сопротивления крыльев высота траектории несколько ниже, чем у контрольного аппарата с той же массой и энергией прыжка, преодолеваемая длина больше примерно в полтора раза. Скачать PDF со статьёй, подробно описывающей эксперименты с прыгающим планером, можно здесь.
Автор: ilya42
