Ученые МФТИ и Сколтеха разработали платформенную систему стабилизации полета роботов с машущими крыльями и протестировали ее в виртуальной среде. Созданные алгоритмы помогают сохранять устойчивость миниатюрным инсектоморфным роботам, однако в перспективе, применяя иную аэродинамическую модель и каналы управления, возможно использовать наработки для стабилизации полета более крупных роботов-птиц. Результаты работы опубликованы в журнале Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation.
Роботы с машущими крыльями открывают уникальные возможности управления полетом в сложных условиях, в том числе, это повышение маневренности и устойчивость к сильным возмущениям турбулентной среды и резким порывам ветра. Такие преимущества, по сравнению с классическими роторными БПЛА, в перспективе позволят использовать подобные дроны в условиях плотной городской застройки, в теплицах или, например, в завалах после катастроф. В то же время машущий полет очень нестабилен — при переносе аэродинамики полета шмеля на цифровую модель робота равновесие постоянно теряется.
Ученые разработали систему стабилизации, которая управляет амплитудой взмаха, средним положением траектории и углом поворота крыла вокруг собственной оси: алгоритм рассчитывает, как и какие параметры необходимо изменить, чтобы вернуть робота в стабильное положение.
«Разработанный нами нелинейный метод управления основан на хорошо исследованном математическом аппарате, и его можно эффективно использовать для различных систем полета, в особенности маховых. Мы применяли контроллер на основе функции Ляпунова и метод Левенберга – Марквардта, с помощью чего адаптивно подбираются поправки, которые необходимо внести в управление движением. Разработанная ранее аэродинамическая модель позволяет рассчитывать динамику полета и силы, создаваемые при взмахах. Все это было необходимо замкнуть в единый контур с системами управления, в том числе, с алгоритмами, основанными на обучении с подкреплением», — рассказал корреспонденту портала «Научная Россия» доцент кафедры информатики и вычислительной математики МФТИ, руководитель исследовательской группы Центра ИИ Сколтеха Николай Ефанов.
В результате ученые подтвердили гипотезу о возможности создания нелинейного контроллера, который способен управлять роботом-насекомым и стабилизировать его при сильных порывах ветра, и разработали платформенное решение для тестирования различных алгоритмов управления.
Адаптивность платформы потенциально позволяет перенести алгоритм для расчета и стабилизации полета роботов с другой аэродинамической моделью, например, роботов-птиц. Экспериментальное исследование было проведено на инициативной основе в виртуальной среде. Николай Ефанов отметил, что при соответствующем финансировании возможно разработать прототип робота-шмеля в течение года.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
