Колёса быстро везут робота по ровной дороге, но бесполезны на лестнице, в развалинах или глубоком песке. Винты хорошо держат дрон в воздухе, однако превращаются в лишний груз под водой. Инженеры нашли выход в природе, где животные миллионы лет учились перемещаться по сложной местности, менять среду и сохранять равновесие после ударов.

Биоинспирированная робототехника не сводится к созданию механических копий собак, рыб или насекомых. Исследователи изучают отдельные природные механизмы, а затем упрощают и приспосабливают найденные решения для машин. От гекконов роботы получили цепкие поверхности, от змей гибкое тело, от рыб волнообразные движения, а от птиц и насекомых крылья, способные менять форму во время полёта.

Главная цель нового поколения разработок заключается в универсальности. Большинство привычных машин хорошо справляется только с одним способом передвижения. Квадрокоптер летает, подводный аппарат плавает, а колёсная платформа ездит. Современные проекты объединяют несколько режимов в одном корпусе, позволяя роботу переходить с земли в воду, взлетать после движения по поверхности или карабкаться по препятствиям.

Ранние гибридные системы обычно представляли собой несколько роботов, механически соединённых друг с другом. К летающей платформе добавляли ноги, колёса или змеевидный корпус, из-за чего росли масса, расход энергии и сложность управления. Новые конструкции стараются использовать одни и те же детали для разных задач. Ротор может работать как колесо, гибкое крыло как плавник, а вытянутый корпус как опора при ходьбе или подъёме. Такой подход уменьшает число приводов и помогает машине быстрее менять способ движения.

Четвероногие роботы переняли устойчивую походку млекопитающих и уже умеют подниматься по лестницам, переходить каменистые участки и сохранять равновесие после толчков. Змеевидные машины двигаются за счёт изгибов корпуса, поэтому могут ползти по земле, плавать и проникать в узкие пространства. Подобные аппараты подходят для обследования труб, тоннелей, разрушенных зданий и других мест, куда человеку трудно или опасно добраться.

При разработке летающих роботов инженеры изучают птиц, летучих мышей и насекомых. Обычные дроны удерживаются в воздухе благодаря быстро вращающимся винтам, а машущие крылья дают больше возможностей для резких манёвров, посадки на ветки и движения в тесных пространствах. Гибкие крылья и хвосты также помогают смягчать столкновения и удерживаться на вертикальных поверхностях.

Отдельное направление связано с машинами, способными переходить из воздуха в воду и обратно. Исследователи создали аппарат, вдохновлённый ныряющими птицами. Робот летает с помощью машущих крыльев, погружается под воду, плывёт, а затем выскакивает на поверхность и снова взлетает. Инженерам пришлось совместить два противоположных требования, поскольку лёгкая конструкция удобна в воздухе, а под водой аппарату нужны устойчивость и достаточная тяга.

Подводные роботы всё чаще получают гибкие тела и плавники вместо традиционных винтов. Волнообразные движения позволяют аккуратно проходить рядом с кораллами, кабелями и затонувшими объектами, не создавая сильных потоков воды. Рыбоподобные машины также работают тише и лучше маневрируют в ограниченном пространстве, хотя часто уступают обычным подводным аппаратам по скорости и энергетической эффективности.

Для подъёма по стенам разработчики заимствуют решения у гекконов и насекомых. Искусственные микроволокна увеличивают площадь контакта с гладкой поверхностью, а раскрывающиеся когти цепляются за сетки, трещины и неровности. Один из миниатюрных роботов с мягкими когтями смог подниматься по сетчатой поверхности и склону с углом до 60 градусов.

Гибкость даёт машинам преимущества, но одновременно усложняет управление. Роботу приходится распознавать тип поверхности, рассчитывать положение корпуса и выбирать подходящий режим движения. Переход из воды в воздух или с горизонтальной поверхности на вертикальную требует быстрой перестройки приводов, датчиков и алгоритмов стабилизации. Ошибка в расчётах приводит к падению, потере сцепления или резкому росту расхода энергии.

Батареи остаются одним из главных ограничений. Живые мышцы одновременно лёгкие, эластичные и устойчивые к повреждениям, тогда как электродвигателям нужны редукторы, провода и источники питания. Мягкие материалы быстрее изнашиваются, а сложные конструкции трудно выпускать серийно и ремонтировать в полевых условиях. Исследователи работают над искусственными мышцами, компактными приводами и корпусами, способными выдерживать многократные деформации.

Биоинспирированные машины могут обследовать места аварий, искать людей под завалами, контролировать мосты и трубопроводы, изучать морское дно и работать на других планетах. Самые перспективные проекты не копируют конкретное животное целиком, а собирают подходящий набор природных решений. Будущий робот сможет получить ноги для пересечённой местности, гибкий корпус для узких проходов, крылья для преодоления разрывов и цепкие опоры для подъёма по стенам.