В MIT упростили постройку необычных мультикоптеров
Исследователи из Лаборатории информационных технологий и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL MIT) разработали программное обеспечение, которое упрощает постройку мультикоптеров сложной формы. Об этом сообщает MIT News.
Серийно выпускаемые мультикоптеры в подавляющем большинстве случаев построены по одной из классических схем: квадрокоптер, гексакоптер, октокоптер, а в редких случаях монокоптер или трикоптер. При этом на рынке практически отсутствуют дроны с необычной компоновкой, а самостоятельная постройка беспилотного летательного аппарата по нестандартной схеме требует наличия специфических навыков и нередко отпугивает людей, не имеющих опыта в подобных проектах. Готовые комплекты для самостоятельной сборки, такие как Flybrix или Airblock, также не позволяют далеко отойти от традиционной компоновки беспилотника.
Новая CAD-система от MIT позволяет пользователю самостоятельно задавать размер, структуру рамы и форму корпуса мультикоптера, а также учитывает заданные параметры грузоподъемности, цены, времени полета и другие факторы. Кроме того, платформа позволяет симулировать поведение летательного аппарата в полете, и при необходимости можно внести корректировки в изначальный дизайн еще до физического производства аппарата.
Сначала пользователь проектирует мультикоптер в соответствии со своими пожеланиями, причем программа содержит библиотеку стандартных деталей, которые могут быть использованы в проекте — например, двигатели, пропеллеры и углепластиковые трубки. Крепежные приспособления и соединительные элементы рамы добавляеются на лету с учетом выбранных деталей и расположения элементов конструкции. После проектирования система может оптимизировать мультикоптер для лучшего соответствия заданным характеристикам будущего дрона. Для этого программа может менять длину плеч, ориентацию и расположение двигателей, а также размер пропеллеров.
Оптимизированная модель мультикоптера отправляется в симулятор, где пользователь может проверить поведение дрона в полете. Симулятор позволяет не только проверить поведение беспилотника на месте, но и управлять им с помощью виртуального пульта радиоуправления, причем в сигнал от пульта намеренно добавляется шум, чтобы имитировать условия реального мира. Когда по каким-либо причинам дрон ведет себя нестабильно, пользователь всегда может вернуться на этап проектирования и доработать дизайн летательного аппарата.
Если результат в симуляторе удовлетворителен, то программа выдает формирует производственный план, который включает в себя номенклатуру стандартных деталей, длину углепластиковых трубок, информацию об ориентации двигателей и файлы для 3D-печати креплений и корпуса. Таким образом, пользователь получает комплект для самостоятельной сборки мультикоптера. Теоретически, в качестве «начинки» мультикоптера можно использовать любую вычислительную платформу по желанию создателя дрона. Сами авторы системы использовали бортовой компьютер Pixhawk с программным обеспечением проекта с открытым исходным кодом.
На данный момент не сообщается о каких-либо планах по коммерциализации проекта или публикации программного обеспечения в открытом доступе, но известно, что исследователи планируют продолжить работу. В будущих версиях программы разработчики намерены внедрить рекомендательную систему, которая будет еще на этапе проектирования подсказывать пользователю, например, наиболее удачное место для установки двигателя. Кроме того, авторы расширят базу комплектующих, а также научат программу фильтровать заведомо невозможные варианты — сейчас система будет пытаться (но не сможет) оптимизировать даже квадрокоптер, представляющий собой одну трубку с четырьмя двигателями.
Ранее специалисты из CSAIL MIT представили систему, позволяющую беспилотникам в автономном режиме распознавать препятствия и уходить от столкновений с ними на скорости до 50 километров в час, а также разработали систему планирования маршрута беспилотника в сложных условиях с большим количеством препятствий.
Для движения ему достаточно одного актуатора
Инженеры разработали миниатюрного робота CurveQuad массой чуть больше 10 грамм. Его гибкий корпус деформируется за счет изогнутых складок и позволяет роботу продвигаться вперед, а также поворачивать, используя для этого только один актуатор. Разработчики продемонстрировали способность CurveQuad автоматически двигаться в направлении источника света, определяя его положение с помощью встроенных фотоэлементов. Текст доклада с описанием робота опубликован в рамках конференции IROS 2023. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Интерес инженеров к разработке миниатюрных роботов связан возможностью выполнять задачи в условиях ограниченного пространства. Например, миниатюрных роботов предлагают использовать для внутренней диагностики механизмов без их разборки, для разведки, и для обследования разрушенных в результате стихийных бедствий зданий в поисках выживших людей. Однако разработка роботов сантиметрового масштаба — непростая задача и ее решение требует множества конструктивных компромиссов. Более сложная походка, например, может добавить роботу проворности, однако одновременно с этим приведет к росту числа степеней свободы конечностей, а значит к увеличению количества используемых актуаторов. Это, в свою очередь, оборачивается усложнением конструкции, увеличением размеров, массы и энергопотребления. Одним из решений этой проблемы могло бы стать применение в конструкции элементов оригами или киригами. Складки упругого материала, выполненные с дополнительным изгибом, позволяют накапливать дополнительную механическую энергию, чем можно воспользоваться, чтобы сократить число актуаторов, необходимых для приведения робота в движение. Такой подход выбрали инженеры под руководством Синтии Сун (Cynthia Sung) из Университета Пенсильвании. Они создали миниатюрного робота под названием CurveQuad, который благодаря изогнутым складкам в конструкции оказался способен передвигаться с помощью всего лишь одного актуатора. Масса робота составляет 10,9 грамм, а ключевая деталь его корпуса представляет собой тонкую прямоугольную пластину из PET-пластика (полиэтилентерефталат) размером 80 × 55 миллиметров. В ней с помощью лазера выполнены прорези в виде последовательно расположенных полукругов, образующих паттерн в форме двух параллельных дуг с каждой стороны пластины, симметрично расположенных относительно центра. Материал в этих областях может легко изгибаться благодаря прорезям, создавая выпуклую и вогнутую складки. В центральной полосе обеих дуг на небольшом расстоянии друг от отдруга закрепляются концы двух «сухожилий» — тяг, которые соединяются противоположной стороной с концами рычага, закрепленного на сервомоторе, ось которого находится в центре пластины. Сервопривод может поворачивать рычаг в диапазоне 270 градусов, при этом «сухожилия», соединяющие концы рычага с корпусом, стягивают его вовнутрь, приводя к изгибам. В зависимости от угла поворота рычага корпус может из плоской пластины принять симметричную куполообразную форму. В этом положении концы пластины начинают играть роль четырех конечностей робота. В промежуточных положениях рычага сервопривода корпус несимметрично деформируется по диагонали. При этом передняя «конечность» приподнимается над поверхностью, а задние смещаются друг относительно друга. Из-за возникающей между ними разности в силах трения в этот момент корпус робота смещается вперед. Если затем такую же деформацию выполнить в противоположную сторону, то робот сделает второй шаг с помощью второй «ноги». Регулируя с помощью угла поворота рычага величину деформации, а следовательно и длину шага слева и справа можно управлять направлением движения робота CurveQuad. https://www.youtube.com/watch?v=RnSHG5F2Iek Для демонстрации возможности управления роботом с помощью обратной связи, инженеры установили на углах корпуса четыре фотоэлемента. Алгоритм сравнивает сигналы, полученные от сенсоров с левой и правой сторон, и в зависимости от того, с какой стороны сигнал больше, выбирает походку, которая поворачивает робота в этом направлении. В результате в каком бы положении робот ни находился изначально, он разворачивается на источник света и начинает двигаться в его направлении. В своей следующей работе инженеры планируют сосредоточиться на взаимодействии между несколькими роботами CurveQuad. Для этого они планируют добавить им возможность общаться друг с другом, чтобы роботы могли выполнять задачи сообща, например, вместе обследовать окружающую территорию. А вот другому микророботу, созданному группой американских и китайских инженеров, для передвижения не нужны сервомоторы. Вперед он движется под действием колебаний встроенной в его корпус пьезоэлектрической пленки, а повороты совершает за счет изменения силы трения между поверхностью и электростатическими площадками на концах передних ног.