Поисково-спасательные работы после стихийных бедствий, таких как сильные землетрясения в Турции и Сирии, — это гонка со временем. Аварийно-спасательные бригады должны быстро определить пустоты или места в строительном мусоре, где могут оказаться выжившие, и до того, как утечка природного газа, затопление водопровода или смещение бетонных плит нанесут свой ущерб.
Передовые технологии играют жизненно важную роль в этих восстановительных операциях. Для поиска признаков жизни используется тепловизионное оборудование и чувствительные подслушивающие устройства. Небольшие беспилотные летательные аппараты также могли бы исследовать недоступные места, но присущая современным конструкциям хрупкость ограничивает их использование.
«Мы видим, что дроны используются для оценки повреждений с высоты, но они не могут на самом деле перемещаться по разрушенным зданиям», — говорит Вэньлун Чжан, доцент и эксперт по робототехнике в Школе инженерии Иры А. Фултона в Университете штата Аризона. «Их жесткие рамы снижают устойчивость к столкновениям, поэтому столкновение со столбами, балками, трубами или кабелями в разрушенной конструкции часто приводит к катастрофе. Они не восстанавливаются, они разбиваются».
Чжан говорит, что воздушные дроны должны выдерживать удары и толчки, чтобы реализовать свой потенциал в поисково-спасательных операциях. С этой целью он и его команда лаборатории разработали и испытали первый в своем роде квадрокоптер с надувной рамой. Уникально то, что его жесткость можно настраивать или регулировать, чтобы поглощать и восстанавливаться после неожиданных ударов и ударов. Результаты их работы опубликованы в журнале Soft Robotics .
«Нам нужно переориентироваться на избежание контакта с окружающей средой. Дронам необходимо физически взаимодействовать с окружающей средой для выполнения ряда задач», — говорит Чжан. «Мягкое тело не только поглощает силы удара, чтобы обеспечить устойчивость к столкновениям, но и обеспечивает эластичность материала, необходимую для динамических маневров, таких как приседание».
Приседание является примером контролируемого столкновения. Технически птицы сталкиваются с ветвями деревьев или другими конструкциями, когда приземляются и садятся на насест. Их податливые суставы и мягкие ткани поглощают силу удара, а пассивный фиксирующий механизм в их ступнях позволяет им цепляться за неровные поверхности, не используя мышечную энергию, чтобы удерживать их на месте.
Чжан и его команда черпали вдохновение в этой птичьей модели, чтобы разработать гибридный бистабильный захват на тканевой основе для своего нового беспилотника. Бистабильный означает, что он имеет два состояния покоя без питания: открытое и закрытое. Он просто реагирует на удар приземления, закрываясь и надежно захватывая объекты различных форм и размеров.
«Он может взгромоздиться практически на что угодно. Кроме того, бистабильный материал означает, что ему не нужен исполнительный механизм для подачи энергии, чтобы удерживать его насест. Он просто закрывается и остается в таком положении, не потребляя никакой энергии», — говорит Чжан. «Затем, когда это необходимо, захват можно пневматически убрать, и дрон может просто взлететь».
Этот вид контактно-реактивного усаживания без двигателя важен для длительных операций в полевых условиях. Дроны могут позиционироваться там, где это необходимо, а затем отключать свои роторы для экономии заряда батареи.
Чжан говорит, что такое динамическое взаимодействие с окружающей средой может повысить эффективность использования дронов в поисково-спасательных операциях, а также для других целей, таких как мониторинг лесных пожаров , помощь в военной разведке и даже исследование поверхности других планет.
«Благодаря гибким, реконфигурируемым мягким воздушным роботам можно реализовать так много функций, поэтому мы надеемся, что наша работа здесь приведет к еще более новым, вдохновленным биотехнологиями конструкциям», — говорит Чжан.
