Радиоуправляемый орнитоптер провел в воздухе почти девять минут
Корейские инженеры создали небольшой радиоуправляемый двукрылый орнитоптер, способный проводить в воздухе 8,8 минуты без нагрузки и 7,5 минуты с посадочными опорами и грузом, масса которого аналогична небольшому модулю камеры и сопутствующим компонентам. По второму показателю новый орнитоптер превосходит предыдущего держателя рекорда с сопоставимой массой и размером. Статья о разработке опубликована на arXiv.org.
Исследователи давно пытаются создать миниатюрную альтернативу классическим дронам-мультикоптерам, копирующую птиц и насекомых с крыльями. В 2005 году DARPA запустило программу по разработке небольшого летающего робота для разведки. Создать аппарат, полностью подпадающий под требования программы, не удалось, но компания AeroVironment, участвовавшая в ней, разработала легкий и небольшой орнитоптер Nano Hummingbird. Он имел два крыла и корпус, похожие на колибри, а также небольшую видеокамеру. Несмотря на то, что с момента его создания в 2011 году прошло уже почти десятилетие и было проведено много других разработок в этой области, облегченная версия этого аппарата до сих пор удерживает рекорд продолжительности полета компактного бесхвостого орнитоптера, составляющий 11 минут, причем отрыв от аналогов составляет более чем два раза.
Пак Чхоль-Хун (Hoon Cheol Park) из Университета Конкук и его коллеги создали новый компактный бесхвостый орнитоптер KUBeetle-S, который в нагруженном состоянии превосходит продолжительность полета Nano Hummingbird. Масса аппарата составляет 15,8 граммов, а размах крыла равен 20 сантиметрам. У него есть пара крыльев, состоящих из майларовой пленки, усиленной тонкими углеволоконными стержнями.
Крылья приводятся в движение одним электромотором, раздающим усилие на оба крыла. Для маневров у орнитоптера есть три дополнительных сервопривода: два из них наклоняют верхний блок, на котором держатся крылья, и тем самым наклоняют вектор тяги в нужную сторону, задавая крен и тангаж. А для управления рысканием, то есть поворотом вокруг вертикальной оси, один из сервоприводов отклоняет нижние кромки крыльев в противоположные стороны.
Также в аппарате установлена плата управления с процессором, инерциальным датчиком (акселерометром и гироскопом) для стабилизации полета, литий-полимерный аккумулятор емкостью 160 миллиампер-часов и два приемопередатчика для получения команд и отправки телеметрии.
Тестовые полеты показали, что робот может стабильно зависать в воздухе, взлетать со скоростью 1,1 метра в секунду и быстро переключаться между зависанием на месте и полетом вбок со скоростью 2,5 метра в секунду. В конфигурации без посадочных опор робот способен стабильно держаться в воздухе 8,8 минуты. Для запуска без посадочных опор его нужно взять в руки, запустить крылья и отпустить.
Инженеры также провели тест с посадочными опорами и полезной нагрузкой общей массой 2,3 грамма, которая, по их расчетам, соответствует массе камеры и сопутствующих компонентов. В такой конфигурации орнитоптер при частоте взмахов 18 герц продержался в воздухе 7,5 минуты, что почти в два раза больше длительности полета Nano Hummingbird в полноценной конфигурации с камерой, посадочными опорами и корпусом, которая составляет четыре минуты.
Компактные орнитоптеры могут послужить не только платформой для съемки, но и в качестве исследовательского инструмента. В 2018 году нидерландские инженеры создали четырехкрылый орнитоптер DelFly и с его помощью экспериментально подтвердили механизм, объясняющий способность дрозофил резко поворачивать во время ухода от хищника.
Григорий Копиев
Он плавает со скоростью 2 метра в секунду, а скорость на суше составляет 0,5 метра в секунду
Инженеры разработали беспилотник-амфибию, который может летать, плавать по поверхности воды и ездить по земле. Дрон построен по трикоптерной схеме с тремя соосными парами пропеллеров. Для движения по земле используются три всенаправленных колеса, а для плавания — два водяных винта. Чтобы дрон не утонул, на раме закреплена пенопластовая пластина. Амфибию можно использовать, например, для отбора проб и образцов в разных средах. Доклад, описывающий конструкцию, был представлен в рамках конференции International Conference on Unmanned Aircraft Systems 2023. Вместо нескольких разных роботов для выполнения задач в разных средах иногда проще использовать один универсальный аппарат. Например, для обследования состояния надводных и подводных частей мостов инженеры создали октокоптер, который может летать и плавать, используя для этого одни и те же винты. Также существуют проекты, в которых дроны получают возможность передвигаться по земле с помощью колес или ног. Благодаря этому удается значительно сократить расход энергии, которая очень быстро расходуется во время полета. Инженеры под руководством Димитриса Чайкалиса (Dimitris Chaikalis) из Университета Нью-Йорка совместили в одном дроне возможности передвижения в воздухе, по воде и по земле. Разработанный ими дрон построен по схеме трикоптера. На концах каждого из трех плечей находятся по два соосных трехлопастных пропеллера. Помимо шести воздушных винтов дрон оснащен также двумя водяными. Движение по земле во всех направлениях обеспечивается за счет трех всенаправленных колес. Так как устройство не предназначено для погружения на глубину, для сохранения положительной плавучести в центральной его части расположена пластина из пенопласта. При этом часть рамы дрона с колесами и водяными винтами находится под поплавком и остается погруженной в воду. Для защиты электронных компонентов от воды они помещены в пластиковый герметичный корпус. Управление одиннадцатью актуаторами дрона происходит с помощью двух отдельных полетных контроллеров PixHawk, один из которых отвечает за полет, а второй за езду и плавание. В роли бортового компьютера высокого уровня, отвечающего за навигацию и планирование маршрута, выступает Intel NUC. Заряда аккумулятора емкостью 12 ампер-час хватает на 18 минут полета, максимальная масса которого не превышает десяти килограмм. В испытаниях дрон взлетал с поверхности воды, после нескольких минут полета приземлялся и продолжал движение на колесах. Скорость передвижения по суше составила 0,5 метра в секунду, а по воде — около 2 метров в секунду. Разработчики отмечают и минусы конструкции: пенопласт впитывает воду, его масса увеличивается на 20 процентов в течение 30 минут, проведенных в воде. При этом обратный процесс происходит медленнее — на воздухе потеря 20 процентов дополнительного веса происходит за 100 минут. Этот эффект в будущем будет учтен в системе управления дроном. Другой способ справиться с впитыванием влаги — водоотталкивающее покрытие, однако оно также увеличивает общий вес конструкции. У этого беспилотника, как и у большинства других гибридных дронов, части конструкции, которые используются для передвижения по земле, никак не используются в остальных режимах. Ранее мы писали про дрон-трансформер Morphobot M4, разработчики которого пошли другим путем. Беспилотник может ездить по поверхности как четырехколесный ровер, а в нужный момент трансформируется в полноценный квадрокоптер. При этом обода его колес превращаются в защитные бампера воздушных винтов, расположенных на колесных осях.