„PigeonBot” este primul robot care își poate îndoi aripile ca o pasăre adevărată

Porumbeii pot fi considerați șobolani ai cerului, dar unii oameni de știință au găsit o valoare mai mare în aceste păsări urbane: modelul pentru o nouă generație de mașini zburătoare.

Păsările își pot modifica forma aripilor prin evantaiul penelor sau amestecându-le mai aproape. Aceste ajustări permit păsărilor să taie cerul mai agil decât dronele rigide. Acum, folosind noi perspective asupra modului exact în care articulațiile porumbeilor controlează răspândirea penelor aripilor lor, cercetătorii au construit un porumbel robot, numit PigeonBot, ale cărui aripi cu pene își schimbă forma ca la adevărata afacere.

Această cercetare deschide calea pentru crearea de avioane mai agile, spune Dario Floreano, robotician la École Polytechnique Fédérale de Lausanne din Elveția, care nu este implicat în lucrare.

Cu aripi asemănătoare unei păsări, mașinile aeropurtate ar putea face viraj mai strâns în spații aglomerate, cum ar fi în jurul clădirilor sau în păduri, și ar putea naviga mai bine în aerul accidentat, spune Floreano (SN: 1/24/15). Noul robot, descris pe 16 ianuarie în Robotică științificăoferă, de asemenea, o modalitate de a studia piulițele și șuruburile zborului păsărilor fără experimente pe animale.

Cercetătorii au îndoit și au extins aripile porumbeilor morți pentru a investiga modul în care păsările își controlează forma aripilor. Aceste experimente au arătat că unghiurile a două articulații ale aripilor, încheietura mâinii și degetul, afectează cel mai mult alinierea penelor de zbor ale unei aripi. Orientările acelor pene lungi și rigide, care susțin pasărea în zbor, ajută la determinarea formei aripii. Pe baza acestor descoperiri, echipa a construit un robot cu pene de porumbei reale, ale cărui încheieturi și degete false își pot transforma forma aripilor așa cum se vede în cadavrele de porumbei.

În afară de a pune bazele pentru construirea de drone mai grațioase, „ceea ce este cu adevărat tare la acest robot este… poți face manipulări într-o aripă de robot pe care nu le-ai putea face niciodată sau nu vrei să le faci într-o pasăre” pentru a studia zborul, spune David Lentink, inginer. și biolog la Universitatea Stanford.

De exemplu, Lentink s-a întrebat dacă un porumbel s-ar putea conduce singur doar prin îndoirea articulației degetelor fie a aripii stângi, fie a celei drepte. „Problema este, desigur, că nu prea știu cum să antrenez o pasăre să-și miște doar degetul – și de fapt sunt foarte bun în dresajul păsărilor”, spune el prin telefon, în timp ce două păsări de companie ciripesc în fundal.

Un porumbel robot controlabil rezolvă această problemă. În testele de zbor, echipa lui Lentink a observat că îndoirea doar a degetului unei aripi a ușurat robotul într-o viraj înclinat – oferind prima dovadă că păsările își pot folosi uneori doar degetele pentru a vira în zbor.

Aripa PigeonBot
Cu două articulații flexibile, încheietura mâinii și degetul, aripile unui nou porumbel robot se pot îndoi în forme diferite (trei opțiuni suprapuse una peste alta, mai sus).Laboratorul Lentink/Stanford Univ.

Într-un al doilea studiu, raportat în 17 ianuarie Ştiinţă, grupul lui Lentink și-a folosit designul aripilor robotizate pentru a confirma o altă perspectivă asupra zborului păsărilor: cum sunt împiedicate să se formeze goluri între pene de pe aripile extinse. În experimentele care au implicat frecarea unei pene de pasăre peste partea superioară a celeilalte – pentru a imita pene de zbor suprapuse în evantai – cercetătorii au descoperit că două pene s-au despărțit inițial cu ușurință, dar apoi s-au agățat una de cealaltă. Imaginile de microscopie electronică și cu raze X de scanare au arătat că cârligele minuscule care ies din partea de sus a unei pene se blochează pe crestele de pe partea inferioară a celeilalte, atunci când alunecă prea departe. Acele cârlige microscopice se desfac atunci când penele se unesc înapoi.

„Acesta este secretul. Au acest Velcro direcțional” care ține penele împreună, spune Lentink.

Un porumbel robot care își poate schimba forma aripii ca o pasăre adevărată deschide calea pentru crearea de avioane mai agile și oferă o nouă modalitate de a studia zborul păsărilor.

Pentru a confirma efectul acestor microstructuri, cercetătorii au rotit penele robotului lor, astfel încât să nu alunece unul împotriva celuilalt atunci când aripile erau extinse. În testele de zbor în tunelul de vânt și în aer liber, între pene de pe aripile robotului modificate s-au format goluri, subminând stabilitatea aripilor.

Acesta este cel mai bun set de aripi robotizate de până acum pentru a testa modul în care păsările își coordonează penele de zbor pentru a manevra prin aer, spune Tyson Hedrick, un biomecanist la Universitatea din Carolina de Nord din Chapel Hill, care nu este implicat în lucrare. Dar „există mult loc de îmbunătățire”. De exemplu, un viitor robot zburător ar putea include o articulație a umărului, pentru a investiga modul în care înclinarea aripilor unei păsări în sus și în jos influențează zborul, spune el.