Дроны предложили наделить осязанием с помощью искусственных вибрисс

Австралийские инженеры разработали новые искусственные вибриссы для роботов и дронов, способные измерять силу и направление воздушных потоков, а также работать в качестве датчиков контакта с предметами. В отличие от предыдущих подобных разработок, они имеют большую чувствительность и более простую конструкцию, а также достаточно легки, чтобы их можно было устанавливать на дроны, рассказывают авторы статьи, представленной на конференции ICRA 2019. На разработку обратило внимание издание IEEE Spectrum.

Многие животные пользуются сразу несколькими способами восприятия внешнего мира, причем они предназначены для разных ситуаций. К примеру, зрение можно назвать основным и самым универсальным источником данных об окружающей среде. Однако оно имеет свои ограничения, такие как направленность и зависимость качества от времени суток (освещения). Зрение также дополняют слух, обоняние и осязание, причем не обязательно прямое. У многих млекопитающих есть вибриссы — длинные жесткие волосы, в основании которых находится большое количество нервных окончаний. При воздействии на вибриссу нервные окончания улавливают его и позволяют с большой точностью измерить направление и силы контакта. Кроме того, высокая чувствительность позволяет животным с вибриссами чувствовать наличие объектов через потоки воздуха без непосредственного контакта с ними.

Инженеры достаточно давно экспериментируют с искусственными вибриссами, однако обычно они использовали их для роботов, а не дронов, имеющих жесткие ограничения по массе датчиков. Вильям Дир (William Deer) и Паулина Паунд (Pauline Pound) из Квинслендского университета разработали легкие и простые по конструкции искусственные вибриссы, которые можно устанавливать даже на небольшие летательные аппараты. Устройство состоит из четырех пластиковых лесок, прикрепленных к плоскому основанию, которое также состоит из четырех сегментов. В каждом из них расположено три микроэлектромеханических датчика давления. Сверху на них установлена треугольная пластиковая площадка, на которой закреплена леска.

Принцип действия искусственной вибриссы по сути аналогичен настоящей. При воздействии на леску она давит на контактную площадку, а та в свою очередь передает давление на датчики давления. Испытания показали, что каждая вибрисса длиной пять сантиметров способна регистрировать усилие от 3,33 микроньютона на расстоянии в сантиметр от конца, или от 7,73 миллиньютона на расстоянии трех сантиметров от конца.

Такая чувствительность позволяет использовать датчик для обнаружения двигающихся предметов по потокам воздуха. А поскольку каждый датчик состоит из четырех лесок, он способен измерять не только силу, но и направление движения. В экспериментах датчик смог обнаружить приближение руки со скоростью 53 сантиметра в секунду на расстоянии двух сантиметров от датчика.

Стоит отметить, что такой датчик вряд ли позволит избавиться от камер в дронах для обнаружения препятствий. Тем не менее, он имеет потенциальные применения. К примеру, с его помощью дрон может измерять экранный эффект при полете на малой высоте и рассчитывать расстояние до поверхности. Недавно американские инженеры научили нейросетевой алгоритм управления дроном учитывать экранный эффект и совершать плавную и мягкую посадку.

Григорий Копиев