Пару дронов научили отгонять стаи птиц от аэропорта
Исследователи из Великобритании, США и Южной Кореи создали алгоритм для дронов, позволяющий им автономно отгонять стаи птиц от ограниченной территории, к примеру, аэропорта. Разработчики протестировали алгоритм как на компьютерной модели, так и на реальном квадрокоптере. Статья с описанием алгоритма и экспериментов опубликована в журнале IEEE Transactions on Robotics.
Птицы представляют большую опасность для летательных аппаратов. В случае столкновения самолет может получить серьезные повреждения, а иногда это приводит к выходу двигателя или нескольких из строя и даже падению самолета. Из-за этого аэропорты оборудуют активными системами отпугивания птиц, которые работают за счет акустического или светового излучения.
Группа инженеров под руководством Давида Хён Сул Шима (David Hyunchul Shim) из Корейского института передовых технологий создала активную систему охраны воздушного пространства от птиц, работающую на основе дронов. Сначала исследователи создали модель поведения стаи птиц и выделили несколько ключевых параметров, таких, как критическое расстояние до чужака, расстояние, при передвижении на котором птицы взаимодейстсвуют между собой как стая, и другие. Стоит отметить, что использование этой модели подразумевает, что эти параметры стаи известны алгоритму дрона.
Задача алгоритма заключается в том, чтобы подобрать траекторию своего движения, отвечающую нескольким требованиям. Эта траектория должна за конечное время сместить «центр притяжения» стаи в заданную точку, причем траектории птиц не должны пересекать границы заданной охраняемой области. Кроме того, траектория должна быть не слишком «агрессивной», чтобы не разбить стаю на несколько частей, что усложнит контроль над птицами.
Исследователи оценили работоспособность модели как в компьютерной симуляции, так и экспериментально, недалеко от корейского города Тэджон. Эксперименты проходили на стаях цапель и гагар, для которых авторы подобрали различные параметры. Они использовали два квадрокоптера, один из которых гонял птиц, а второй летел высоко над ним и помогал определять траектории самого дрона и птиц. Эксперименты показали, что разработанный исследователями метод в целом можно считать работоспособным, однако модель поведения птиц в стае в ответ на внешний стимул требует доработки для отражения реального поведения животных.
Стоит отметить, что дроны сами представляют серьезную опасность для самолетов, причем последние исследования показывают, что столкновение дрона с самолетом представляет даже большую опасность, чем столкновение самолета с птицей. О том, как проводят подобные исследование и какие меры для обеспечения безопасности предлагают специалисты, можно узнать из нашего материала «Дрон навылет».
Григорий Копиев
Он может сам подключаться к зарядной станции
Инженеры разработали дешевое решение для автономной подзарядки электрических мультикоптеров. Система под названием AutoCharge представляет собой зарядную станцию с коннектором, оснащенным электромагнитом. Дрон также оснащается магнитным коннектором, размещенном на конце гибкого шнура. При сближении дрона со станцией, коннекторы притягиваются друг к другу, обеспечивая надежное электрическое соединение на время зарядки батареи. Препринт статьи опубликован на сайте arxiv.org. На сегодняшний день мультикоптеры — наиболее популярный тип беспилотных летательных аппаратов. Однако при всех достоинствах, дроны, построенные по этой схеме, обладают ключевым недостатком, который заключается в относительно невысокой продолжительности полета. Для большинства существующих моделей оно не превышает получаса. Увеличение количества батарей на борту приводит к утяжелению дрона и снижению массы полезной нагрузки, которую он способен нести. Например, квадрокоптер US-1, созданный компанией Impossible Aerospace способен на одном заряде провести в воздухе целых два часа и пролететь около 75 километров, но его собственная масса при этом составляет 7,1 килограмма, а полезная нагрузка массой всего лишь 1,3 килограмма снижает время полета со 120 минут до 78. Другой подход к увеличению времени полета дрона — использовать системы автоматической замены или подзарядки батарей в формате зарядных станций, расположенных на пути беспилотника. Однако существующие на сегодняшний день решения (гнезда дронов) не универсальны, имеют сложную конструкцию и высокую стоимость. Кроме того, от мультикоптера обычно требуется точная посадка на платформу, что не всегда легко реализовать на открытом воздухе. Группа инженеров под руководством Джузеппе Лоянно (Giuseppe Loianno) из Нью-Йорского университета разработала простое и дешевое решение AutoCharge для автономной подзарядки дронов любого размера. Оно представляет собой небольшую док-станцию на верхней части которой располагается электрический коннектор, совмещенный с электромагнитом. К дрону крепится гибкий шнур, один конец которого подсоединен к схеме питания батареи дрона, а на другом конце располагается коннектор с постоянным магнитом. Когда батарея беспилотника разряжается ниже порогового значения, он подлетает к зарядной станции. Свободно свисающий на конце шнура магнитный коннектор дрона оказывается в зоне действия магнитного поля электромагнита, встроенного в коннектор на док-станции, притягивается к нему и происходит их стыковка. Правильному и надежному соединению также способствуют отверстия, расположенные на коннекторе док-станции и выступающие штифты на коннекторе дрона. После успешного соединения электромагнит, встроенный в док-станцию, отключается и начинается зарядка батареи дрона. В этот момент дрон может приземлиться рядом или продолжать выполнять задачи в воздухе. После восполнения заряда батареи беспилотник может продолжать полет. Для этого он механически отсоединяет свой коннектор от зарядной станции, на которой с небольшой задержкой снова включается электромагнит, для выполнения следующей стыковки. По словам разработчиков, такая схема зарядки проста, подходит для дронов разных размеров и не требует использования сложных алгоритмов и механизмов для точной посадки, а стоимость док-станции с выполненным с помощью 3D печати корпусом не превышает 50 долларов. Длина шнура может подбираться в зависимости от задач. Например, если дрону не требуется находиться в воздухе во время зарядки, шнур может быть коротким. Это снижает массу дрона и повышает эффективность зарядки, а также почти не влияет на точность управления в полете. https://www.youtube.com/watch?v=6xYvI-qIe3M&t=11s Разработчики провели эксперимент, в ходе которого тестовый квадрокоптер действовал полностью автономно. После полетов по заданной траектории и уменьшения напряжения батареи до минимума дрон подключался к зарядной станции. Зарядив батарею, беспилотник отсоединял коннектор и вновь продолжал полет до очередного разряда. Эксперимент продолжался в течение десяти часов. В будущем инженеры планируют добавить возможность использовать систему зарядки AutoCharge без предварительного знания о местоположении зарядной станции, полагаясь лишь на бортовые камеры дрона для ее визуальной локализации. В случае если необходимо выполнять полеты дольше нескольких часов, дроны-квадрокоптеры оснащают гибридной силовой установкой. В такой схеме беспилотник использует электромоторы для вращения винтов, но энергия для них вырабатывается двигателем внутреннего сгорания. Например, в 2018 году китайские инженеры продемонстрировали полет шестироторного мультикоптера, оснащенного ДВС и аккумуляторами, в ходе которого дрон продержался в воздухе 7 часов и 17 минут.