Дроны с магнитами соединились в полете
Индийский инженер научил два серийных дрона стыковаться, используя для этого только встроенную камеру и магниты на раме. Камера позволяет активному дрону отслеживать второй беспилотник, а магниты притягивают дроны друг к другу на расстоянии в несколько сантиметров.
Обычно небольшие гражданские беспилотники применяются по отдельности, но в последние годы инженеры предлагают использовать множество дронов в качестве единой группы. Например, становятся популярными дрон-шоу, в которых сотни и даже тысячи дронов синхронно двигаются, образуя в воздухе надписи или другие массивные объекты.
Кроме того, грузоподъемность обычных дронов, как правило, мала, но большое количество мультикоптеров потенциально способно вместе поднимать тяжелые грузы. Однако для этого дроны должны находиться рядом, но при этом не мешать друг другу из-за возникающих воздушных потоков от винтов, а также синхронизировать свои движения. Потенциально удобнее всего это делать с помощью механической сцепки, но пока почти все исследования с такими дронами были основаны на самодельных дронах с массивными рамами, а также требовали отслеживать движения аппаратов с помощью стационарной внешней системы камер.
Студент Индийского технологического института в Харагпуре Мохит Сингх (Mohit Singh) предложил и реализовал более простую схему. За основу он взял два серийных дрона DJI Tello, причем их корпус не модифицирован, за исключением двух магнитов на защитных элементах вокруг винтов, а также наклеенного матричного кода на одном из дронов, выполняющего пассивную роль. Активный дрон отслеживает положение метки и сдвигается в воздухе так, чтобы она оказалась прямо перед ним, а после этого начинает движение вперед.
Магниты прощают небольшую ошибку в центровке дрона, потому что даже при небольшом смешении по вертикали или горизонтали дроны все равно притягиваются друг к другу на расстоянии нескольких сантиметров и образуют единый мультикоптер.
Стоит отметить, что у такого метода стыковки, как и у предыдущих аналогов, есть существенный недостаток: после соединения дроны уже не могут самостоятельно расцепиться из-за слишком сильного притяжения между магнитами.
Ранее соединяющиеся квадрокоптеры уже использовали для практических задач. Например, в 2017 году инженеры научили четыре квадрокоптера объединяться в конструкцию с отверстием посередине и захватывать предметы: в частности, они показали, как дроны могут подлететь к стаканчику кофе, зажать его между собой и поднять его в воздух.
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.