Роботы-насекомые готовы встать на службу

Пентагон и другие американские силовые ведомства каждый год направляют более 10 миллиардов долларов Агентству перспективных оборонных исследований (DARPA). Большая часть этих денежных средств направляется на создание боевых кибернетических устройств, которые могли бы самостоятельно использоваться на поле боя 25 Март 2015, 15:13
В последнее время робототехнике уделяется все больше внимания, в том числе и в военной сфере. Это характерно для многих стран мира, в том числе и России. Но когда говорят о военных роботах, то обычно имеют в виду человекоподобных роботов или достаточно серьезные боевые единицы, носители различных систем вооружений. Однако мир современных роботов гораздо многограннее. К примеру, американские разработчики уделяют огромное внимание миниатюрным решениям, работая над созданием военных «роботов-насекомых».

Создание роботизированных систем одно из современных направлений развития военной техники. Это довольно затратный процесс, но он себя полностью оправдывает. Считается, что когда-то роботы смогут заменить человека при решении многих боевых задач, экономя человеческие жизни. Есть у такого направления и частный случай — разработка миниатюрных военных роботов, которые в основном создаются для решения различных разведывательных задач. С разведкой миниатюрные роботизированные помощники могут справляться гораздо лучше человека. 

Пентагон и другие американские силовые ведомства каждый год направляют более 10 миллиардов долларов Агентству перспективных оборонных исследований (DARPA), которое курирует конструкторские разработки и научные исследования в военной сфере. Большая часть этих денежных средств направляется на создание боевых кибернетических устройств, которые могли бы самостоятельно использоваться на поле боя. К таким разработкам можно, к примеру, отнести проект легкой бронированной машины Ground X-Vehicle Technology, которая может быть готова в течение 5-6 лет. Обладая вооружением, такая машина сможет самостоятельно действовать на поле боя.
Однако не менее важными являются работы по созданию автономных миниатюрных устройств, которые в состоянии собирать тактическую разведывательную информацию. К примеру, в Европе серьезно работают над созданием системы разведки, наблюдения и целеуказания ISTAR. Так системный интегратор из Германии компания DCS (Data Capture Systems), заявила о том, что ее новой разведывательной системой Falcon ISTAR, которая состоит из одноместного автожира и наземной станции обработки информации, заинтересовались элитное подразделение Бундесвера KSK, а также ВВС Саудовской Аравии и Королевская гвардия Бахрейна. Все три этих потенциальных заказчика собираются приобрести более одной системы, а ВВС Саудовской Аравии думает над приобретением 50-60 таких аппаратов для контроля границы. 
Falcon ISTAR По информации компании-изготовителя автожир может использоваться и в беспилотном варианте. Час его эксплуатации обходится в 150 долларов, тогда как час работы вертолета с сопоставимыми возможностями в 500 долларов. Созданная система Falcon ISTAR может применяться для патрулирования отдельных районов, сопровождения колонн, контроля безопасности на море, целеуказания. Данный аппарат может находиться в воздухе до 6 часов, развивать скорость в 190 км/ч и брать на борт полезную нагрузку до 200 кг. Устройство в состоянии передавать собранные разведданные на 100 км. 

В США также работают над данной программой, активно занимаясь созданием воздушного компонента, который был бы напичкан различными устройствами наблюдения и датчиками. Устройство прозвали «ступой». Однако с насекомым его спутать было бы сложно. Размеры «ступы» сопоставимы с размерами гуся. Такие габариты вполне уместны при фронтовых операциях, но для проведения деликатных шпионских миссий устройство великовато, для них требуются «устройства-невидимки». 

Для этих целей идеально подходит робот, который был разработан в лаборатории Lockheed Martin. Он представляет собой полностью управляемый летательный аппарат, который успешно замаскирован под кленовое семя. Как на практике будет использоваться данное изобретение сказать трудно, но и так понятно, что такой миниатюрный летающий аппарат может стать отличным, незаменимым роботом-шпионом. Аппарат визуально не отличить от обыкновенной кленовой семечки, которая знакома многим. При весе всего в 10 граммов и длине 4 сантиметра данный аппарат оснащен миниатюрным двигателем, аккумулятором, микрочипом и видеокамерой. Такое «семечко» можно запустить на расстояние до 1 километра при помощи имеющегося двигателя. После этого двигатель отключается и робот, вращаясь, бесшумно падает на землю, передавая при этом полученное изображение по радиоканалу. Данный аппарат можно эффективно использовать в городских условиях.
По большей части разработчики миниатюрных роботов заимствуют идеи и конструкторские решения, которые были предложены самой природой. Это связано не только со стремлением замаскировать устройства, но и с оптимальными сочетаниями проходимости, энергозатрат, скорости движения у живых «механизмов». Стоит отметить, что некоторые университетские разработки в области бионики напрямую нельзя связать с разработками в области военного шпионажа и разведки. Но по мере получения положительных результатов их создатели начинают думать и о дополнительных возможностях использования их устройств. К примеру, Хуошен Ху профессор из университета Эссекса спроектировал и собрал робота-рыбу, которую внешне очень трудно отличить от настоящей: та же структура движения, та же форма, та же скорость передвижения. Хуошен Ху утверждает, что его робот будет полезен при поиске утечек, возникающих в трубопроводах. Вполне возможно, что когда-то эта умная рыба заинтересует и представителей королевского флота, который мог бы применять ее в роли разведчика. В США подобные разработки также ведутся. Примером может служить проект Silent Nemo, в рамках которого был создан робот, напоминающий тунца и обладающий весом 45 кг. 
Если же говорить о созданных человеческим гением мухах и комарах, то сведения о подобных роботах значительно преувеличены. На данный момент самым маленьким насекомообразным роботом, который может осуществлять машущий полет, является разработанный в университете Торонто механизм, получивший обозначение «Ментор». Но его размеры далеки от размеров насекомого. Аппарат достигает в длину 30 см и весит 0,5 кг. По размерам он больше похож на курицу. В этом отношении подобное устройство сильно уступает обыкновенным, но миниатюрным летательным аппаратам. К примеру, на выставке роботов в Японии еще 5 лет назад демонстрировался вертолет с электромотором весом всего 9 грамм, высота устройства составляла всего 7 см. 


Правда, за океаном в DARPA всерьез надеются на чудо. Периодически агентство тратит деньги на проекты, которые направлены на создание кибернасекомых, причем не механических, а вполне себе живых. С интервалом почти в 3 года две разные компании занимались тем, что встраивали в куколки пчел свои микрочипы. Когда они окончательно формировались во взрослых пчел, чипы должны были обеспечить контроль над их действиями. Таких «киберпчел» планировалось использовать для поиска взрывчатых веществ. Отчасти насекомые действительно исполняли команды оператора. Но, прежде всего, оно руководствовались собственными главными инстинктами — поиском пищи и размножением. 
А вот разработка прыгающих и бегающих насекомоподобных роботов развивается гораздо более успешно. Так, инженер Сара Бергбрейтер из Университета Калифорнии в Беркли смогла спроектировать прототип робота-блохи, который в состоянии прыгать в высоту, до 30 раз превышающую рост его тела. Созданная в Калифорнии блоха весит всего 10 мг, а ее длина составляет 7 мм. В настоящее время работы по этому проекту находятся только в начальной стадии, так что говорить об установке на робота-блоху какого-то оборудования или датчиков пока что преждевременно. 

На роботе были установлены управляющая им электроника, а также ряд микроэлектромеханических систем (MEMS), которые приводят в действие подвижные части робота и механизм для осуществления прыжков с единственной выдвижной ногой. Для того чтобы эта нога могла резко «выстреливать», выталкивая робота вперед, создатель снабдила ее самой маленькой в мире резинкой, которая обладает толщиной в 9 микрометров и длиной 2 мм. Данная резинка была вырезана с помощью лазера из тонкого листа силикона. Так как мощность созданного прототипа робота очень мала, для его эффективного движения использовалась следующая тактика: миниатюрные электростатические моторы натягивали резинку и резко отпускали ее. Ток для работы двигателей должны давать малюсенькие солнечные батареи, которые установят на спине робота. 
Идея подобной механики движения была заимствована у блохи, которая и вдохновила Сару Бергбрейтер на создание своего миниатюрного робота. Разница в том, что насекомое накапливает энергию для прыжка в специальном резиноподобном белке, который первоначально медленно сжимается, а затем резко освобождается, выстреливая блоху в воздух. Проведя ряд опытов со своим роботом, Сара установила, что ее 10-миллиграммовый робот-блоха в состоянии совершить прыжок на 400 мм по горизонтали и на 200 мм вверх. 
А ученые из Университета Карнеги-Милона смогли добиться вполне убедительных успехов при создании роботов-водомерок. Их изделие Water Strider Robot размерами 12 на 12 мм и весом 1 грамм в состоянии передвигаться по воде на своих 6 ножках, выполненных из стальных проводков, покрытых специальным водоотталкивающим пластиком. При этом робот может переносить на своей спине груз массой в 10 грамм. Обычные водомерки избегают своего погружения в воду с помощью распределения достаточно небольшой массы собственного тела на продолговатые лапки, которые покрыты миниатюрными волосками, что существенно увеличивает плавучесть за счет наличия вокруг них воздуха. 

Однако созданный учеными микроробот с грузом весит уже 11 грамм, что приблизительно в 1100 раз больше, чем вес обыкновенной водомерки. По этой причине роботу приходится прилагать гораздо больше усилий для выталкивания себя от водной поверхности, а это несет в себе большой риск разрушения существующего поверхностного натяжения и погружения всего устройства в воду. Для решения данной проблемы ученые применили метод компьютерного моделирования, чтобы изучить все силы, которые действуют на опорные ноги водомерки. После этого они пришли к выводу, что для опоры ног робота-водомерки с сохранением возможности передвигаться по воде и даже совершать прыжки по водной поверхности нужно применить супергидрофобики. Говоря другими словами, непромокаемые материалы. 
Если же говорить о системе управления этим миниатюрным роботом, то она включает в себя блок редуктора и миниатюрные электродвигатели постоянного тока, которые позволяют роботу совершать прыжки по водной поверхности на 35 см в длину и на 14 см в высоту. Помимо этого, созданный миниатюрный робот может похвастаться легкостью уклонения от различных препятствий и высокой мобильностью, что обеспечивает ему высокий потенциал использования для контроля за качеством воды или совершения наблюдательных и разведывательных миссий. 

Параллельно с работами по усовершенствованию несущих конструкции миниатюрных роботов, ведутся работы в области оснащения всей этой братии насекомоподобных роботизированных систем разнообразными датчиками, микрофонами и камерами наблюдения. Также осуществляются изыскания в области их оснащения коллективным разумом. И такой ход также был подсмотрен учеными у природы, так как насекомые всегда были сильны своими слаженными действиями и своим несметным количеством. 

Наибольших успехов в этой области достигла группа ученых из Франции, Бельгии и Швейцарии, которая создала несколько опытных образцов роботов-тараканов InsBot. Сейчас специалисты работают над созданием ПО, с помощью которого несколько десятков подобных тараканов, подчиняясь единому для них алгоритму «роевого семейства», будут помогать в исследовании труднодоступных мест — аварийных зданий и сооружений, зон техногенных катастроф, пещер. Они смогут составлять подробные планы помещений и осуществлять замеры радиации, температуры, брать анализы почвы и воздуха.
Робот зеленого цвета на таракана похож меньше всего, а его размеры и вовсе больше похожи на коробок спичек: длина — 30 мм, ширина — 41 мм, высота — 25 мм. Робот получил два 16 МГц процессора, 10 инфракрасных сенсоров и камеру. Помимо этого, он оснащен двумя электромоторчиками, которые приводят в движение пару его колес. Стоит отметить, что внешние отличия настоящим тараканам «по барабану». Главное, что InsBot двигается, как таракан и пахнет как таракан. Настоящие тараканы могут принять его в свою компанию. По словам ученых, подобный миниатюрный робот — это крупное достижение в области контроля человека над животным миром. Уже сейчас InsBot в состоянии проникать в группы настоящих тараканов и менять модель их поведения.
По словам ученых, через некоторое время такой таракан даже сможет «прокормить» себя самостоятельно. Исследователи, работающие в Западном резервном университете Кейза, расположенном в Кливленде, нашли способ преобразования органики в электрическую энергию. То есть в отдаленной перспективе робот-таракан InsBot сможет работать без подзарядки сколь угодно долго, просто пожирая встречающиеся ему на пути органические вещества. В нынешнем же состоянии InsBot уже обладает некоторыми достоинствами, о которых говорилось выше. Он в состоянии точно копировать поведение тараканов, принимая на себя роль вожака. Нормальные тараканы принимают робота за своего и следуют его «приказам» или копируют поведение. К примеру, это может стать одним из способов очистить ваше жилище от незваных рыжих гостей, которых робот-таракан просто завлечет в ловушку. Но данное использование уникальной разработки выглядело бы, по меньшей мере, странно. Однако оно наглядно свидетельствует нам о том, каких успехов человечество уже добилось в области микрокибернетики.