Робот-птах підказав, як створити літак без хвостового стабілізатора.

У птах, що плавають у небі, немає вертикального хвостового крила, але вони зберігають стабільність під час турбулентності, не потребуючи окремих закрилків. Літальним апаратам, навпаки, необхідно вертикальне оперення для контролю курсу та запобігання крену в бік при так званому ефекті голландського кроку. Ці коливання, схожі на рухи фігуристів, виникають, коли поперечна стабільність повітряного судна велика в порівнянні з поздовжньою стабільністю.

Якщо птахи обходяться без вертикального стабілізатора завдяки безперервним змінам форми своїх крил і хвоста, то сучасні пілоти досягають стабільності за креном, тангажем (піднімання/опускання носа) та бокуванням завдяки рулям напрямку і елеронам крила. Це три кути повороту, які задають орієнтацію літального апарата відносно нормальної системи координат або його центру інерції по трьом осям.

Тангаж, відзначили дослідники, також можна стабілізувати за допомогою стреловидності крила літака або вигнутих аеродинамічних профілів, тому від горизонтального оперення можна відмовитися. Інша справа — вертикальне оперення, яке забезпечує «залізній птахові» поздовжню стабільність, керованість та балансування відносно вертикальної осі.

Щоб продемонструвати, як птахи безперервно коригують форму крил і хвоста, вчені розробили роботизовану модель PigeonBot II. Вона складається з біоміметичного скелета і 52 (40 махових і 12 хвостових) справжніх голубиних пір'я. Вони формують крила і хвіст, які можуть розправлятися, підніматися і нахилятися з боку в бік. У конструкцію закладено алгоритм, що імітує нервово-м'язові рефлекси, які, як вважається, птахи використовують для стабілізації польоту.

Загальна маса моделі становить приблизно 300 грамів, що порівнянно з вагою голубів. Конструкція також включає дев'ять сервоприводів і два невеликих пропелера, встановлених на кожному зап'ясті, що дозволяє роботу підніматися, кружляти, опускатися і літати в різних позах.

Випробування вчені спочатку провели в аеродинамічній трубі (без пропелерів), щоб налаштувати встановлений адаптивний рефлексивний контролер. Це дозволило роботу зменшити турбулентні збурення і успішно пройти експеримент на відкритому повітрі.

Як вважають дослідники, їхня робота допоможе створити більш економну і легку конструкцію літака без вертикального стабілізатора. Крім того, запропоноване рішення допоможе знизити радіолокаційну помітність реактивних винищувачів, зробивши їх більш ефективними.

Наукова робота опублікована в журналі Science Robotics.