ЦРУ создало робота-стрекозу. Теперь нам известно, как он работает

Робот-стрекоза

Недавно представленные общественности документы демонстрируют, как Центральное разведывательное управление создавало первые в мире примеры роботов-насекомых.

В конце декабря 2003 года Центральное разведывательное управление продемонстрировало многие невиданные ранее шпионские "штучки" в собственном музее возле Вашингтона. Сюда входит подслушивающее устройство, созданное в виде экскрементов тигра, чтобы фиксировать передвижение противников во Вьетнаме, а также робот-рыба, собиравший образцы воды возле скрытых ядерных установок. Потом, был еще крошечный робот-стрекоза.С первого взгляда этот артефакт Холодной войны 70-х выглядит как дозорщик американский или голубоглазый дарнер.

Если бросить на него беглый взгляд, то, кажется, что его голова, крылья и туловище — все находятся в нужном месте. Однако если присмотреться повнимательнее, тогда вы увидите, что это крошечное насекомое вовсе и не насекомое. Это "insectothopter", шпион размером с насекомое, который отражает первый шаг науки в сложном мире роботов-насекомых.

Это было невероятное достижение на тот момент, когда сам по себе микропроцессор еще считался новым изобретением.

Теперь, спустя 16 лет после того, как он был представлен миру, и примерно 50 лет с его первого полета, вновь изданные документы демонстрируют каждую маленькую деталь того, как ЦРУ создало такой потрясающий экземпляр микро-робота.

Как прекратить стрекозу в "жучок"Несмотря на то, что это один из самых популярных экспонатов музея ЦРУ, многие детали касательно насекомого оставались секретом еще десятки лет, пока Джон Гринуолд, основатель сайта The Black Vault, выступающего против секретности, не потребовал доступ к документам летом 2013 года согласно Закону о свободном доступе к информации.

"Со временем я узнал, что военные и правительство Америки часто признают что-то или подтверждают существование чего-то и, как правило, этого бывает достаточно, чтобы удовлетворить любопытство людей", — рассказывает Гринуолд. "Однако мы обычно не слышим всю историю. Поэтому я пытаюсь получить доступ к никогда прежде не публиковавшимся документам, чтобы рассказать чуть больше или даже поведать настоящую историю".

Семь лет спустя в январе 2020 года Гринуолд получил пакет документов, в которых был описан дизайн стрекозы, и история уходит корнями в пик эпохи шпионажа во время Холодной войны. В те времена "жучки" или подслушивающие электронные устройства были мощным и относительно новым инструментом шпионажа, но к некоторым местам было сложнее получить доступ, чем к другим.

Поэтому ЦРУ обратилось к ретрорефлекторам, крошечным стеклянным гранулам, которые отражают свет лазера (в данном случае лучи лазера) обратно на его источник. На этот отраженный лазерный луч может повлиять любая вибрация в стекле, что меняет расстояние, которое проделывает луч. Затем ЦРУ может проанализировать возвращенный луч и воссоздать вибрации, которые побеспокоили его, по сути, получая звук из света. На практике эти ретрорефлекторы использовались в виде удаленного микрофона, чтобы подслушивать разговоры.

В 70-х ЦРУ уже использовало похожую технологию, чтобы фиксировать вибрации от стекол окон. Настоящим вызовом было поместить небольшой ретрорефлектор на подоконник, на стену посольства или рядом с нужной скамейкой в парке в нужный момент, оставаясь при этом незамеченными. ЦРУ ранее уже пыталось направить в нужное место кошку с микрофоном, но проект оказался катастрофой. Управлению нужен был новый подход.

Для Проекта "Такана" ЦРУ разработало камеру весом 40 граммов, которая могла быть прикреплена к голубю. Камера делала 200 снимков на 8-мм пленку в заданном режиме. Птиц отправляли на задание сделать фотографии российской базы ВМФ в Санкт-Петербурге, причем ЦРУ никогда так и не рассекретило полученные результаты.

Тогда-то Дон Резьер, глава Управления исследований и разработок ЦРУ придумал альтернативу. Вместо того, чтобы прикреплять микрофоны на млекопитающих, робот насекомое выполнил бы работу полностью незамеченным. Назвав проект "insectothopter", он назначил Чарльза Адкинса руководить им.

Целью Адкинса было построить устройство, которое могло пролететь 200 метров и доставить 0,2 грамма ретрорефлекторных гранул, оставаясь незамеченным. Резьер думал, что пчела станет отличным кандидатом, но сложная аэродинамика насекомых оставалась не до конца понятной до 1999 года. Что Адкинсу действительно было нужно, это стабильность, потому что компьютеры тех времен были слишком большими и медленными, чтобы справляться со сложным управлением. К счастью, один из коллег Аткинса был любителем стрекоз, и у него нашлась коллекция этих насекомых.Робот-стрекоза

Согласно Адкинсу, этот ученый, чье имя осталось отредактировано в документах ЦРУ, рассказал, что аэродинамика стрекоз была намного более стабильной.

Помимо невероятной маневренности, стрекозы прекрасно планируют в сравнении с другими насекомыми, что помогает им сохранять энергию во время длительных полетов. Ученый принес несколько образцов, и когда Адкинс начал настаивать на демонстрации,

"тот достал насекомое и подбросил в воздух", — писал Адкинс. "Стрекоза сделала около двух кругов и мягко приземлилась на стол".

Демонстрация убедила Адкинса, но команде все еще нужно было понять, как скопировать крылья стрекозы, которые делают 1800 взмахов в минуту. Ученые использовали крошечный жидкий осциллятор, устройство без движущихся частей, которое полностью управляется газом, производимым кристаллами азотнокислого лития.

Когда первоначальные тесты показали, что прототип может нести необходимый груз в 0,2 грамма, дизайнеры немного изменили дизайн робота по типу реактивного двигателя. После быстрой покраски, когда робот стал похож на настоящую стрекозу, дрон был готов к тайной миссии, хотя и весил меньше грамма. Его блестящие глаза являлись гранулами ретрорефлектора, созданными, чтобы следить за ничего не подозревающими целями.

Препятствия реальности

Хотя у ЦРУ теперь был робот-насекомое, ему нужен был способ его контролировать. Радиоуправление исключалось из-за дополнительного груза, который помешал бы работе крошечного "insectothopter". Поэтому ученые обратились к тем же лазерам, которые использовались для ретрорефлекторов. Это была портативная лазерная установка, известная как ROME, которая создавала невидимый инфракрасный луч.

Идея состояла в том, что лазер нагреет биметаллическую полосу, которая затем будет открываться и закрываться при движении стрекозы. Эффективно регулируя "двигатель", другой лазер — действующий как руль — повернет дрон в нужном направлении. Работая с помощью газа и навигационной системы, действующей на основе лазера, стрекоза могла лететь только 60 секунд. Но этого было более чем достаточно, чтобы доставить стрекозу — и ее груз — к цели, находившейся в 200 метрах от нее. Однако так как не было механизма для посадки, казалось, что стрекоза разобьется.

"Работоспособность контролируемого робота была исследована и были достигнуты все цели программы к этому моменту", — заявил Адкинс в своем последнем отчете от 1974 года.

Хотя робот оказался невероятным достижением инженеров — и работал в тестовых условиях отлично — лаборатория редко соответствует реальности.

Самой большой проблемой с дизайном стрекозы было то, что оператору нужно было контролировать лазер вручную во время полета. То, что было просто сделать в статических условиях, оказалось не так просто при других менее предсказуемых обстоятельствах."Лететь по прямой линии в закрытом помещении не так сложно. Это похоже на бумажный самолетик, особенно если вы его подтолкнете сжатым газом", — рассказывает Саймон Уолкер, эксперт по биомеханике в Университете Лидс в Великобритании.

"Если вы исследуете вены в крыле стрекозы, то увидите, что они формируют собой невероятно сложную, способную деформироваться структуру, которая при определенных условиях складывается определенным образом и эта способность деформироваться очень важна для аэродинамики".

Теоретически робот-стрекоза мог летать при условии силы ветра меньше 11 км в час, но "окончательная демонстрация управляемого полета еще не была достигнута", наконец, отчитался Адкинс.

"Хотя тестовые полеты были впечатляющими, контроль при любом виде ветра был слишком сложен".

Программа обошлась в $140 тыс., то есть около $2 млн сегодня, что считается копейками, когда речь идет о миллиардах, которые тратятся на современные спутники-шпионы. Но никакие миссии ЦРУ больше не нуждались в новом шпионе-роботе, и проект был закрыт.

Потомки робота-стрекозыЗа прошедшие 50 лет наше представление о полете насекомых, и электронике, необходимой для его копирования, сильно шагнули вперед, даже если природа все равно остается впереди.

Относительные размеры робота стрекозы

"Мы все еще не можем построить что-то столь же эффективное, как крыло шмеля, которое продолжает отлично работать, даже если оно повреждено", — говорит Уолкер, но он приводит в пример дрона-москита, разработанного Animal Dynamics в качестве отличного примера того, как лучшее понимание биомеханики может создать настоящего потомка "insectothopter".

Крошечный дрон-москит также вдохновлен стрекозами с их 4 хлопающими крыльями. Тогда как стрекоза не могла совладать с легким ветерком, "москит может сопротивляться серьезному ветру с большей силой, чем существующие эквиваленты", как рассказали в компании.

Исследователи из Делфтского технического университета также работали над разнообразными роботами-стрекозами с 2005 года. Их самая маленькая модель Delfly Micro весит всего 3 грамма, а взмах крыльев составляет 10 см.

Робот может лететь 3 минуты на батарейке и он намного более проворный, чем его предок. Он также может ретранслировать фото с видео камеры, то, о чем дизайнеры ЦРУ когда-то могли только мечтать. Другие проекты еще более экзотичны, чем оригинальные идеи ЦРУ.

В 2017 году исследователи из Лаборатории Чарльза Старка Дрейпера создали киборга-стрекозу.

Ученые изменили живое насекомое, чтобы его можно было контролировать с помощью пульта управления, используя нейронные схемы, имплантированные в его глаза. Хотя все эти концепции идут далеко впереди первоначальных попыток ЦРУ, они также используют важные преимущества полувековой технологической эволюции.

"Сегодня мы все чаще и чаще слышим о дронах", — говорит Гринуолд. "Это был беспилотный дрон 70-х, размером с насекомое. 1970-х! Просто подумайте, каких усовершенствований можно добиться за 50 лет".

Хотя оригинальному "insectothopter" так и не удалось преуспеть, Адкинс и его команда создали платформу для будущих роботов-насекомых. Как выглядел бы похожий дрон ЦРУ в 2020? Кто знает — ведь эта информация остается засекреченной.