オランダの研究所がハトの反射神経を与えて舵のないドローンを飛ばした

ほとんどの航空機は、ダッチロール（スケート選手のようなヨー、横滑り、ロールの混合）を抑えるために垂直尾翼や舵を備えている。尾翼は重量と抗力が増え、旅客機では燃料を消費し、レーダー反射断面積を膨らませる。これはステルス機にとって問題だ。舵のないB-2爆撃機は翼端の抗力フラップで代用しているが、フローニンゲン大学の航空宇宙工学者で生物学者のデイヴィッド・レンティンクはこれを非効率だと呼ぶ。効率的な方法は揚力を生み出して安定性を解決することであり、それが鳥のやり方だ。

1929年、ドイツの科学者フランツ・グレッベルスは、鳥は「自動飛行機」のように飛び、反射によって安定化する——体がピッチングすると尾を反転させ、ロールすると翼を非対称に広げる——と主張した。レンティンクのチームはその仮説から逆算してロボットを造ることで検証した。最初のロボットTailbot——固定翼と5自由度の尾翼——は、反射コントローラーの下で模擬乱流風洞内では安定を保ったが、屋外では墜落した。その修正がPigeonBot IIだった。ハトのような可変翼が独立して折りたたまれ伸び、9つのサーボ、ほぼ本物のハトの重さ、そして本物の羽根を備えている。

市販のPixracerドローン用オートパイロットは従来のクアッドコプターの制御しか理解しないため、オートパイロットとロボットの間にArduinoを置き、コマンドを翼と尾翼の動きに変換する。屋外でPigeonBot IIは完全に自律的に離陸、飛行、着陸した——あるいは上昇、下降、旋回といった高レベルの操作コマンドによって——飛行の安定化は完全に鳥のような反射に依存していた。グレッベルスの1929年の推測は今や飛行実証を得た。

それでも一つの構成要素が工学を打ち負かしている。羽根本体だ。10ミクロンの3Dフックが世界で唯一の片面ベルクロを形成し、各フックは最大20グラムの荷重に耐える。そのように軽量で、剛性があり、複雑な構造を同時に満たす製造物は存在しないため、ロボットは本物のハトの羽根で飛ぶ。

舵を鳥の答えに置き換える。反射のようなコントローラーが可変翼と尾翼を折りたたみ広げ、抗力を伴わず揚力で安定化する。

尾翼のコストを根源から攻める。B-2のように無駄な抗力フラップで補うのではなく、鳥がそうするように揚力を生む形状変化で安定化する。

95年前の生物学の仮説が飛行する工学実験になった。反射ループを構築し、その理論が空中に留まれるかを見る。

アビオニクスは市販ハードウェアのままだった。仲介用のArduinoが、市販のドローン用オートパイロットに可変翼と5自由度の尾翼を制御させた。

舵を取り除けば、その重量、抗力、レーダー反射断面積が一挙に消える。舵なしで飛ぶことのまさに狙いだ。

制御面のコストが高すぎるなら、動物の解決策を借りよ。高速な反射に駆動される分散的な形状変化が、その部品を完全に置き換えられる。

PigeonBot IIは屋外試験に合格した。自律的な離陸、飛行、着陸を、純粋に反射コントローラーで安定化し、操作者は高レベルのコマンドを出すだけだった。チームは今も本物の羽根で飛ばしている。工学的に作られたものはそれに匹敵しないからだ。この成果は航空機設計者に、揚力に基づく舵なし飛行への道筋を与える。そこでは垂直尾翼こそがまさに弱点なのだ。