Японцы оснастили беспилотный аэростат пьезоэлектрическими двигателями

Японские инженеры создали беспилотный аэростат, представляющий собой шар с гелием, способный маневрировать с помощью пьезоэлектрических воздушных двигателей. Поскольку в аппарате не используются вращающиеся на высокой скорости винты и жесткий корпус, он представляет меньшую опасность для окружающих, рассказывают авторы статьи, представленной на конференции CHI 2019.

Абсолютное большинство любительских беспилотных летательных аппаратов представляют собой мультикоптеры с другим количеством роторов, поддерживающие себя в воздухе благодаря вращению винтов. Такой механизм позволяет сделать конструкцию простой и дешевой, но в то же время имеет и недостатки. К примеру, один из них заключается в том, что вращающиеся на высокой скорости винты могут нанести серьезную травму при столкновении с человеком. Для решения этой проблемы в некоторых серийных устройствах используются защитные элементы корпуса, препятствующие контакту винтов с другими предметами, а в лабораторных разработках предлагаются более совершенные механизмы, к примеру, активная система защиты, останавливающая электромотор при приближении стороннего объекта к винту.

Даидзо Икэда (Daizo Ikeda) и его коллеги из исследовательского подразделения компании NTT docomo повысили безопасность беспилотника, заменив электромоторы с вращающимися винтами на ультразвуковые пьезоэлектрические двигатели. Кроме того, безопасность повышается и за счет использования мягкого корпуса. Он представляет собой 61-сантиметровый шар из покрытой алюминием полимерной пленки, вмещающий 140 литров гелия, благодаря которому аппарат может нести на себе груз массой 89 граммов. Снаружи на шаре закреплена тонкая рама из углеродных волокон, на которой закреплены 24 двигателя, а также плата управления, аккумулятор и камера.

Масса всех компонентов подобрана таким образом, чтобы аэростат имел нейтральную плавучесть в воздухе, двигатели необходимы ему только для маневрирования. Они организованы в две группы по 12 двигателей, расположенные на противоположных сторонах шара. Каждый двигатель представляет собой небольшую камеру с большим отверстием на одной стороне и малым на противоположной. Внутри этой камеры располагается пьезоэлектрический элемент, который колеблется с частотой 26 килогерц и заставляет воздух перемещаться из большого отверстия в малое. Поскольку двигатели работают на такой большой частоте, они издают ультразвук и люди вокруг могут услышать лишь тихий звук выходящего из сопла воздуха. Измерения показали, что на расстоянии трех метров громкость звука от двигателей составляет не более 51 децибела, что примерно соответствует громкости обычного разговора в тихом помещении.

Разработчики продемонстрировали видео полета аэростата и показали, что он устойчив к внешним воздействиям. Авторы считают, что в будущем на основе этой разработки можно создать беспилотник для проекции на него рекламы, важных объявлений или лица собеседника по видеосвязи. Инженеры отмечают, что им не удалось решить одну из главных проблем малых беспилотников: время работы двигателей на максимальной тяге составляет около 30 минут, хотя сам шар может оставаться в воздухе на протяжении нескольких недель.

В 2016 году швейцарские инженеры создали беспилотник на базе шара с гелием, однако он маневрировал за счет обычных электромоторов с винтами. Инженеры так же решили использовать его для вывода изображения на поверхность, но предложили делать это с помощью проектора, установленного внутри шара, а не снаружи.

Григорий Копиев