Цивилизация
Ученые лаборатории нейробиоморфных технологий МФТИ разработали систему управления крыльев робота-птицы, имитирующую работу нервных центров живых существ. Она предназначена для беспилотников нового поколения, которые могут эффективно использовать энергию и легко маневрировать в труднодоступных местах, рассказали «Газете.Ru» в МФТИ.
Птицы легко петляют между кронами деревьев, быстро восстанавливают механику полета при столкновениях и экономят энергию, используя потоки воздуха для планирования. Их нервная система, отточенная миллионами лет эволюции, превосходит системы управления любых винтовых беспилотников. Ученые уже создали похожих на реальных птиц роботов, однако, чтобы научить их летать так же, как живых, нужно воспроизвести саму систему управления полетом, которая у животных основана на работе нервной системы.
В МФТИ разработали систему для управления крыльями нового робота. Она буквально копирует центральный генератор паттернов (ЦГП) животных — работу нейронных структур в спинном мозге, ответственных за ритмичные движения. Его особенность в синхронности: нейроны, управляющие мышцами для опускания и подъема крыла, работают в строгой очередности, создавая ритмичные «всплески» активности.
Ученые создали упрощенный вариант такой системы с помощью математической модели импульсного нейрона. Она описывает поведение реальных нервных клеток, их способность генерировать «разряды» и «затухать». Между нейронной сетью, имитирующей ЦГП, и мотором на крыльях, ученые внедрили важное звено — модель мышцы.
«Наша нейронная сеть поделена на две половины, между которыми существуют взаимные тормозные связи. Одна половина нейронов отвечает за команду «поднять крыло», другая — опустить. Когда одни нейроны активируются и посылают сигнал мышце на подъем крыла, другим, отвечающим за его опускание, одновременно приходит тормозящий сигнал, не давая сработать. Когда активность первых затухает, тормозящее действие ослабевает, и вторая половина активизируется. Получается замкнутый цикл: активность одной половины нейронов подавляет другую, а затем наоборот. Так и рождается взмах крыла», — объясняет старший научный сотрудник, заместитель заведующего лабораторией нейробиоморфных технологий МФТИ Иннокентий Кастальский.
Нейронная система не просто обеспечивает движение робоптицы. Это динамическая саморегулирующаяся система, которая без внешних команд способна поддерживать ритм и синхронизировать взмахи. Благодаря внутренним связям она устойчива к внешним помехам и быстро возвращается к стабильному режиму работы.
Регулируя внутренние параметры, можно увеличить частоту взмахов для маневра, уменьшить амплитуду для экономии энергии или сделать движения крыльев асимметричными для поворота. Кроме того, архитектура готова к подключению датчиков обратной связи, что позволит роботу-птице самостоятельно стабилизировать полет в турбулентности, парировать порывы ветра и восстанавливаться после столкновений.
Ранее в России создали систему для оценки загрязнения воздуха твердыми частицами.
