Новый тип дрона взмахивает крыльями благодаря пьезоэлектрическим материалам

Аэрокосмические исследователи Синь Шань и Онур Бильген из Ратгерского университета разработали орнитоптер — дрон в форме птицы, крылья которого приводятся в движение без использования двигателей и механических элементов. Результаты работы опубликованы в журнале Aerospace Science and Technology.

Устройство использует пьезоэлектрический эффект — способность некоторых материалов изменять форму при воздействии электрического тока. Крылья орнитоптера представляют собой композитную структуру из слоя пьезоэлектрического материала и углеродного волокна. При подаче напряжения на пьезоэлектрический слой вся конструкция изгибается, обеспечивая взмах крыла без шестерён, рычагов и шарниров.

Команда разработала компьютерную модель, интегрирующую физические процессы полёта: движение крыльев и корпуса, аэродинамику, электродинамику и систему управления. Модель позволяет тестировать конструкции виртуально перед созданием физических прототипов.

На крылья из углеродного волокна наклеиваются тонкие полоски макроволокнистых композитов. Прохождение электрического тока заставляет крылья взмахивать и изгибаться. Углеродное волокно выполняет функцию костей и перьев, а пьезоэлектрические элементы заменяют мышцы и нервы.

Основным ограничением технологии остаётся недостаточная эффективность современных пьезоэлектрических материалов. Бильген отметил, что математическая модель позволяет прогнозировать возможности будущих разработок при совершенствовании материалов.

Орнитоптеры предназначены для поисково-спасательных операций, мониторинга окружающей среды, осмотра труднодоступных объектов и доставки в городских условиях. Машущие крылья наносят меньше повреждений при контакте с препятствиями по сравнению с пропеллерами обычных дронов.