Гибридный дрон проработал рекордные восемь часов
Испанская компания Quaternium Technologies побила рекорд продолжительности полета среди гибридных мультикоптеров: ее новый прототип провел в воздухе 8 часов и 10 минут без посадки или дозаправки в воздухе. Это почти на час дольше предыдущего рекорда, установленного китайской компанией Richenpower в 2018 году.
Большинство гражданских беспилотных летательных аппаратов — это полностью электрические мультикоптеры, чаще всего квадрокоптеры. Эта конструкция зарекомендовала себя как простая в управлении и недорогая в производстве, хотя и не слишком эффективная. Последнее вызвано двумя причинами. Во-первых, из-за статичной конструкции с несколькими винтами мультикоптеры совершают маневры, перераспределяя тягу между винтами, что менее эффективно, чем маневрирование вертолетов или бикоптеров с поворотными винтами. Во-вторых, плотность энергии литий-ионных аккумуляторов гораздо ниже, чем у топлива.
В большинстве случаев пользователей устраивает примерно получасовой запас полета у обычных квадрокоптеров, а при необходимости можно заменить аккумулятор и продолжить полет. Но для некоторых применений это неудобно, поэтому существует альтернатива в виде гибридных дронов. Они так же имеют конструкцию мультикоптера и вращают винты электромоторами, но получают энергию в основном от небольшого двигателя внутреннего сгорания.
В последние годы производители значительно увеличили продолжительность полета гибридных дронов до значений, которые на порядок превышают продолжительность полета электрических дронов. До недавнего времени рекордом были 7 часов и 17 минут, которые провел в воздухе китайский прототип гибридного дрона. Новый рекорд принадлежит испанской компании Quaternium Technologies.
Испытательный полет прототипа, основанного на серийном дроне HYBRiX 2.1 с штатным временем полета около четырех часов, прошел недалеко от Валенсии. Дрон взлетел в воздух в 08:52 утра, а приземлился на натянутую под ним сетку в 17:02. Таким образом, новый рекорд продолжительности полета гибридного дрона составляет 490 минут или 8 часов и 10 минут.
Максимальная взлетная масса дрона составляет 25 килограммов, а максимальная масса полезной нагрузки — 10 килограммов. При этом неизвестно, как меняется длительность полета нового прототипа, но у серийной версии она снижается в два раза с четырех до двух часов при полной загрузке. Дрон работает на смеси бензина с октановым числом 95 и масла.
В 2018 году американская компания Impossible Aerospace представила полностью электрический квадрокоптер с двухчасовой длительностью полета. Этого удалось добиться благодаря тому, что 70 процентов массы и большая часть объема дрона приходится на аккумуляторы.
Григорий Копиев
Алгоритм уменьшает время простоя на 78 процентов
Инженеры из Японии создали алгоритм машинного обучения, который автоматически стимулирует таракана-киборга больше двигаться и не позволяет ему долго оставаться в одном месте. Движение таракана контролируется с помощью электроимпульсов, генерируемых рюкзачком с системой дистанционного управления. Алгоритм увеличил на 70 процентов среднюю дистанцию, пройденную киборгом, и снизил время простоя таракана на 78 процентов. Статья опубликована в Cyborg and Bionic Systems. Миниатюрные роботы могут пригодиться в самых разных сферах: от ремонта авиационных двигателей до поиска выживших под завалами. Однако из-за недостаточной развитости компактной компонентной базы, в особенности актуаторов и источников питания, это все еще сложная инженерная задача, и большинство проектов остаются на уровне лабораторных прототипов. Одно из альтернативных решений состоит в использовании живых организмов, например, тараканов или даже летающих насекомых, которые уже обладают способностью к эффективному передвижению. В их организм внедряют электроды, через которые подключаются электронные модули, контролирующие перемещения насекомого за счет электростимуляции. Однако насекомые-киборги не полностью контролируются электронными системами. Они сохраняют свои особенности поведения, которые могут ограничивать их перемещение. Например, мадагаскарские свистящие тараканы, которые часто используются в экспериментах, склонны к снижению активности в ярко освещенных областях и при недостаточно высокой температуре. Кроме того, они предпочитают бегать вдоль стен, а не по открытым пространствам. Это приводит к сложностям в использовании насекомых-киборгов и требует оптимизации стимулирующих сигналов управления. Группа инженеров под руководством Кейсуке Морисима (Keisuke Morishima) из Университета Осаки внедрила в систему управления тараканом-киборгом алгоритм машинного обучения, который позволяет автоматически стимулировать передвижение насекомого, чтобы оно не оставалось на одном месте. Так же, как и предыдущие исследователи, инженеры использовали особь мадагаскарского шипящего таракана из-за его больших размеров, достигающих семи сантиметров. Для передачи стимулирующих сигналов в усикообразные органы в задней части таракана (церки) были имплантированы платиновые электроды, соединенные медными проводами с приклеенным на спину насекомого шестиграммовым рюкзачком с электронными компонентами. Данные о движении насекомого получают с помощью встроенного в рюкзак инерционного измерительного модуля, который с помощью акселерометра и гироскопа определяет текущие линейное ускорение и угловую скорость таракана. Эта информация по беспроводному каналу связи передается на персональный компьютер на вход алгоритма машинного обучения. Из данных, разбитых на окна по 1,5 секунды, извлекаются признаки, которые затем поступают на вход классификатора, определяющего двигается насекомое или нет. В случае, если таракан остается неподвижным дольше заданного времени, на его церки подаются электрические импульсы. Наиболее эффективным алгоритмом классификации в представленной задаче оказался метод опорных векторов. Для экспериментов инженеры построили арену в форме окружности, над которой разместили камеру для отслеживания реального положения насекомого. Без дополнительной электростимуляции три таракана, использованные в тестах, стремились оставаться в периферийной области у стен арены и избегали открытого пространства большую часть времени. Использование алгоритма и электростимуляции позволило снизить время простоя в среднем на 78 процентов, а время поиска пройденную дистанцию увеличить на 68 и 70 процентов соответственно. При этом среднее время электростимуляции для всех тараканов составило всего 3,4 секунды. Таким образом алгоритм позволяет снизить количество сигналов электростимуляции и тем самым предотвратить утомление животного. Ранее мы рассказывали про американских инженеров, которые разработали носимую поворотную монохромную камеру для жуков и микророботов. Благодаря ее небольшой массе, которая составляет менее четверти грамма, насекомые с ней могут свободно двигаться и балансировать.