10 сальто за 11 секунд. MIT создал микроробота, который летает точнее насекомых — миллионы лет эволюции насмарку

Микророботы с крыльями насекомых, способные выполнять сальто и мгновенные повороты в воздухе, уже не выглядят как элемент научной фантастики. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) представили новый летающий микромеханизм, сочетающий рекордную скорость, маневренность и компактность. Такие устройства, по мнению учёных, в будущем смогут проникать в завалы после землетрясений, искать выживших и выполнять задачи там, где крупные роботы физически не пройдут.

Новая разработка - крайне важный шаг вперед в области микроробототехники. До недавнего времени искусственные устройства, имитирующие полёт насекомых, могли лишь медленно двигаться по заранее запрограммированным маршрутам. Они уступали живым существам и в скорости, и в устойчивости, и в гибкости полёта. Но теперь инженеры сделали шаг, который приблизил поведение робота к уровню реальной биомеханики.

Размер робота сравним с микрокассетой, а вес - меньше скрепки. Импульс для движения задаётся с помощью мягких искусственных мышц, которые заставляют его большие крылья быстро колебаться. Такая конфигурация позволяет совершать резкие развороты, ускорения и воздушные трюки, которые прежде были доступны только насекомым.

Однако физической конструкции оказалось недостаточно - требовалась интеллектуальная система управления, способная мгновенно реагировать на изменения положения и условий полёта. И именно это стало второй частью прорыва: команда разработала новый управляемый ИИ-контроллер, который принимает решения в режиме реального времени. Он определяет, как должен двигаться робот в зависимости от своего положения в пространстве и внешней среды.

В старых версиях подобных устройств управление требовало ручной настройки от инженеров, что ограничивало сложность манёвров и не подходило для автономной навигации.

Под руководством профессора Кевина Чена из кафедры электротехники и информатики MIT, совместно с профессором Джонатаном Хоу, была создана двухуровневая система управления. Первый уровень использует так называемое управление с предсказанием модели (model-predictive control) - алгоритм, который рассчитывает сложные траектории и учитывает физические ограничения механизма, такие как допустимая сила и крутящий момент. Как раз эта часть системы способна планировать даже сальто и резкие манёвры. Однако запустить её напрямую в реальном времени оказалось невозможно - из-за вычислительной нагрузки.

В качестве решения исследователи обучили компактную нейросеть воспроизводить поведение продвинутого планировщика, но уже с минимальными затратами вычислительных ресурсов. Так удалось добиться мгновенной реакции и гибкого поведения, при этом сохранив точность и стабильность полёта.

Результаты превзошли ожидания. Новый микроробот стал летать в 4,5 раза быстрее и разгоняться в 2,5 раза активнее, чем все предыдущие версии. На тестах он выполнил десять последовательных сальто за одиннадцать секунд, оставаясь при этом в пределах пяти сантиметров от заданной траектории, даже в условиях ветра.

Кроме того, система научилась воспроизводить движения, похожие на резкие «скачки» (саккады), которые насекомые используют для стабилизации зрения в полёте. Эта способность может стать основой для будущих сенсорных систем на борту - в том числе камер и датчиков, которые потребуют чёткой ориентации и устойчивости.

Следующим этапом станет внедрение автономной навигации: пока что робот полагается на внешнюю систему отслеживания, но в будущем сможет ориентироваться сам. Команда планирует добавить визуальные сенсоры и алгоритмы, которые позволят устройству летать без внешней помощи - что критически важно для работы в реальных, непредсказуемых условиях.

По словам профессора Чена, цель проекта - сделать роботов, которые смогут проникать туда, куда обычные дроны не добираются. И теперь, когда производительность приближается к возможностям настоящих насекомых, эта задача впервые кажется достижимой.