По словам Нестора Переса-Арансибии, доцента Школы машиностроения и материаловедения Университета штата Вашингтон, исследователи уже более 30 лет пытаются создать искусственных летающих насекомых. Когда-нибудь их можно будет использовать для многих целей, в том числе для искусственного опыления, поисково-спасательных работ в ограниченном пространстве, биологических исследований или мониторинга окружающей среды, в том числе в неблагоприятных условиях.

Чтобы заставить крошечных роботов взлетать и приземляться, потребовалась разработка контроллеров, которые действуют так же, как мозг насекомого.

"Это смесь дизайна и контроля, — говорит Перес-Арансибиа. — Управление очень математическое, и вы проектируете что-то вроде искусственного мозга. Некоторые люди называют это скрытой технологией, но без этих простых мозгов ничего бы не работало".

Исследователи изначально разработали двухкрылую роботизированную пчелу, но она была ограничена в своих движениях. В 2019 году Перес-Арансибия и двое его докторантов впервые построили четырехкрылого робота, который был достаточно легким, чтобы взлететь. Для выполнения движения, известного как тангаж, исследователи заставляют передние крылья взмахивать иначе, чем задние, а для создания крена — правые крылья работают иначе, чем левые. Таким образом создается крутящий момент, который вращает робота вокруг двух основных горизонтальных осей.

Важно также иметь возможность контролировать рыскание. Без этого роботы выходят из-под контроля, не могут оставаться в одной точке, а затем падают.

"Если вы не можете контролировать рыскание, вы очень ограничены, — говорит Перес-Арансибиа. — Вы пчела, перед вами цветок, но если вы не можете контролировать рыскание, вы все время крутитесь, пытаясь туда добраться".

Наличие всех степеней движения также критически важно для маневров уклонения или отслеживания объектов.

"Система очень нестабильна, и проблема сложная, — признает ученый. — В течение многих лет у людей были теоретические идеи о том, как контролировать рыскание, но никто не мог этого достичь из-за ограничений приводов".

Чтобы позволить своему роботу поворачиваться контролируемым образом, исследователи взяли пример с насекомых и переместили крылья так, чтобы они двигались в наклонной плоскости. Ученые также увеличили количество взмахов со 100 до 160 раз в секунду.

"Часть решения заключалась в физическом дизайне робота, и мы также разработали новый дизайн для контроллера — мозга, который говорит роботу, что делать", — рассказывает Перес-Арансибиа.

При весе в 95 миллиграммов и размахе крыльев 33 миллиметра прототип все еще больше, чем настоящие пчелы, которые весят около 10 миллиграммов. В отличие от настоящих насекомых, он может летать автономно только около пяти минут, поэтому в основном он привязан к источнику питания с помощью кабеля. 

Исследователи также работают над созданием других типов роботов-насекомых, в том числе гусениц и водомерок.

Исследование опубликовано в IEEE.