Событийная камера помогла дрону увернуться от мяча
Швейцарские инженеры создали квадрокоптер, умеющий отслеживать опасные предметы с помощью событийной камеры и уклоняться от них. Моделирование показало, что такой датчик снижает задержку, с которой дрон реагирует на летящий в него предмет, по сравнению с обычными камерами. Статья опубликована в журнале IEEE Robotics and Automation Letters.
Некоторые современные дроны оснащаются системами автоматического отслеживания окружающих объектов и избегания столкновений с ними. Как правило, эти системы применяются для того, чтобы дрон под управлением оператора не врезался в дерево или другое препятствие. Поскольку столкновения со статичными объектами или предметами, летящими в сторону дрона, такими как футбольный мяч или птица, происходят на высокой скорости, дрону необходимо уметь быстро собирать и интерпретировать информацию об окружающем мире.
Инженеры из Цюрихского университета и Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Давиде Скарамузза (Davide Scaramuzza) предложили использовать для быстрого обнаружения объектов необычный датчик — событийную камеру (event camera). Ее принцип работы отличается от традиционных КМОП-камер, что позволяет ей быстрее регистрировать изменения перед ней. В такой камере каждый пиксель «срабатывает» лишь тогда, когда воспринимаемая им яркость меняется (повышается или понижается) на пороговое значение. В результате событийная камера не выдает привычные кадры с определенной периодичностью, а асинхронно регистрирует события на пикселях. Главное преимущество такого датчика заключается в том, что он имеет временное разрешение порядка микросекунд. Более подробно об устройстве камер такого типа можно прочитать в другой работе Скарамузза.
Для экспериментов инженеры использовали коммерческую платформу-квадрокоптер, на который они установили событийную камеру и платы управления дроном, которые в том числе и отвечают за распознавание объектов. Кроме того, они использовали внешнюю систему отслеживания движений, позволявшую оценить, летит ли предмет в квадрокоптер или нет. Во время экспериментов инженеры кидали в квадрокоптер мячик и смотрели на его реакцию. Эксперименты показали, что дрон успевал избежать столкновения, даже когда мяч летел к нему на скорости девять метров в секунду, а дальность действия алгоритма обнаружения была искусственно ограничена двумя метрами.
Кроме экспериментов авторы провели теоретический анализ и сравнили потенциальные возможности дронов с событийной камерой, обычной камерой и стереокамерой. Анализ показал, что с учетом скорости реакции моторов дрон с событийной камерой может избегать столкновения с объектами, летящими на скорости, большей на величину от 7 до 12 процентов. Аналогичным образом увеличивается и скорость безопасного полета дрона относительно статичных препятствий.
В 2015 году инженеры из Массачусетского технологического института разработали беспилотник самолетного типа, способный уклоняться от препятствий на скорости до 50 километров в час. Для сбора данных о местности в дроне используются по камере на каждом крыле и алгоритм, оптимизированный для быстрого обнаружения статичных объектов.
Григорий Копиев
Он выдерживает температуру в 200 градусов Цельсия на протяжении 10 минут
Инженеры разработали термоустойчивый квадрокоптер FireDrone, он способен выдержать температуру в 200 градусов Цельсия в течение десяти минут. Это стало возможно благодаря тепловой защите на основе аэрогеля из полиимида, в которую заключены все внутренние компоненты дрона, включая электромоторы. Прототип оборудован инфракрасной камерой и термодатчиками, отслеживающими внутреннюю и внешнюю температуры. Благодаря устойчивости к высоким температурам дрон может пригодиться пожарным службам для разведки во время пожаров. Статья опубликована в журнале Advanced Intelligent Systems. Во время тушения пожаров пожарные службы отправляют на место происшествия разведывательные отряды, чтобы оценить ситуацию. Это создает риск для жизни и здоровья сотрудников спасательных служб, поэтому инженеры ищут возможность использовать для этой цели дроны, которые можно было бы отправить к источнику опасности вместо людей. С помощью беспилотников можно предварительно обследовать место происшествия и определить положение источников опасности, составить план местности и попытаться найти выживших. Однако для того, чтобы работать в непосредственной близости от источника высокой температуры, дрон должен обладать термозащитой. Инженеры под руководством Мирко Ковача (Mirko Kovač) из Имперского колледжа Лондона разработали прототип квадрокоптера FireDrone с термозащитой на основе армированного стеклотканью полиимидного аэрогеля — легкого пористого геля, который состоит в основном из воздушных полостей в полиимидной матрице с добавлением стекловолокна и силикатного аэрогеля. Благодаря этой защите дрон способен выдерживать температуру до 200 градусов Цельсия на протяжении десяти минут, при этом температура внутри корпуса не превышает 40 градусов. Помимо обычной RGB-камеры, дрон оборудован также камерой, снимающей в инфракрасном диапазоне для обнаружения источников высокой температуры, в условиях сильного задымления. Бортовая электроника один раз в секунду измеряет температуру снаружи и внутри термозащитного кожуха. Внутри дрона есть система охлаждения, которая построена на использовании эффекта понижения температуры при испарении сжиженного углекислого газа, который находится в картридже. При излишнем нагреве происходит открытие клапана и небольшие трубки распределяют газ для охлаждения внутренних компонентов. Термозащита дрона построена из плоских элементов толщиной 15 миллиметров, которые крепятся к раме из полиамида, образуя ромбокубооктаэдр. Корпус такой формы проще в изготовлении, чем корпус с изогнутыми элементами, при этом он имеет достаточный внутренний объем. Для отражения инфракрасного излучения от источников тепла снаружи дрон покрыт алюминиевой фольгой. Двигатели находятся в центральной части дрона, их вращение передается пропеллерам с помощью трансмиссии. Термозащиту разработчики испытали в тепловой камере, а также в тестовых полетах вблизи источников открытого пламени. Эти эксперименты подтвердили, что за счет тепловой изоляции с помощью аэрогеля и использования системы охлаждения удается значительно замедлить рост внутренней температуры. Кратковременно дрон способен выдержать температуру даже больше 1000 градусов, однако при этом начинают происходить структурные изменения корпуса за счет деформации аэрогеля. Для чистого полиимидного аэрогеля такая деформация наблюдается уже выше 200 градусов, но дополнительные армирующие добавки позволяют снизить этот эффект. Благодаря низкой теплопроводности дрон может использоваться также и при низких температурах. И если время работы дрона в условиях высокой температуры определяется размером резервуара с углекислым газом для системы охлаждения, то в случае полетов в условиях холода, внутренняя температура поддерживается на достаточном уровне за счет тепловыделения внутренних компонентов дрона. https://www.youtube.com/watch?v=pNp2T9Sx7xY Из множества существующих дронов, предназначенных для тушения пожаров с помощью воды или огнетушителей выделяется гексакоптер NIMBUS, разработанный специалистами из Университета Небраски-Линкольна. Вместо тушения уже разгоревшегося огня, он предназначен для создания новых контролируемых поджогов — одного из методов борьбы с пожарами. Для этого он оборудован системой сброса горящих шаров.