Миниатюрные летающие роботы, сопоставимые по размерам с насекомыми, как правило, являются механическими копиями реальных насекомых, обладающих высокой эффективностью их двигательной системы. За счет этого робот-пчела, о котором мы неоднократно рассказывали на страницах нашего сайта, может зависать в воздухе, совершать маневры, садиться, плавать и взлетать с поверхности воды. Однако, создание крошечных роботов с крыльями, имеющими по нескольку степеней свободы, само по себе является сложной инженерной задачей, требующей серьезной поддержки со стороны программного обеспечения системы управления роботом.
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли, создавая свой вариант миниатюрного летающего робота, пошли совершенно другим путем. Вместо использования готовых решений, отточенных природой за миллионы лет эволюции, они снабдили свой аппарат электрогидродинамическими двигателями, которые не имеют движущихся частей и для работы которых необходима только электрическая энергия.
Электрогидродинамические двигатели, называемые в обиходе ионными двигателями, используют сильные электрические поля для создания потока ионизированного воздуха. Ионы, обычно молекулы азота, несущие положительный заряд, притягиваются к отрицательно заряженному сеточному электроду. Во время движения они сталкиваются с нейтральными молекулами газов воздуха, передавая им часть своего импульса кинетической энергии. Работа такого двигателя схематически представлена на втором изображении.
Отметим, что такой принцип создания тяги уже далеко не нов. Он известен ученым уже достаточно давно, а относительно недавно мы показывали нашим читателям модель самолета, оснащенную таким двигателем, которая летала, не используя не единой движущейся детали.
Миниатюрный летательный аппарат, созданный исследователями из Беркли, имеет размеры 2 на 2 сантиметра и весит всего 30 миллиграмм. Также на тончайшей решетке корпуса аппарата установлен чип датчика положения и акселерометра, весом в 37 мг, хотя энергия для работы этого чипа подается извне через пару тончайших и гибких проводников. Тяги, создаваемой четырьмя ионными двигателями, хватает для подъема аппарата, нагруженного весом чипа, в воздух, при потенциале в 2000 Вольт и токе потребления 3.5 мА.
Все это, особенно отсутствие движущихся частей, выглядит просто прекрасно. Однако, эффективность ионных двигателей резко падает при увеличении их размеров, для создания такой же тяги им становится необходим больший электрический потенциал и большее количество энергии, что вычеркивает их из ряда практически полезных вещей. Тем не менее, исследователи из Беркли настроены весьма оптимистично, считая, что электрогидродинамические двигатели их конструкции смогут поднять в воздух аппарат, весом до 100 мг. И в этот вес они надеются уместить несколько чипов системы управления, оптический датчик и элемент питания, что сделает летательный аппарат полностью автономным, а не летающим на привязи, состоящей из семи тончайших проводников как сейчас.
