Ходячего робота научили перелетать препятствия и кататься на скейте
Американские инженеры научили двуногого робота с пропеллерами летать и кататься на скейтборде. Благодаря пропеллерам он может перелетать через препятствия и стабилизировать себя, когда ноги касаются поверхности. Статья опубликована в Science Robotics.
Большую часть исследовательских работ по подвижным роботам можно разделить на два направления: наземные и летающие роботы. Есть также очень редкие гибриды, такие как дрон с колесами, или тандемы из наземного и летательного аппаратов. В 2019 году инженеры из Калифонийского технологического института представили робота LEONARDO (LEgs ONboARD drOne) с необычной конструкцией, объединяющей преимущества ходячего робота и мультикоптера. Создав аппаратную платформу, авторы экспериментировали с алгоритмами управления, научив его не бояться толчков в бок и ходить по тонкому тросу. Но до недавнего времени он не мог летать, хотя этот навык мог бы дать много новых возможностей. В новой работе инженеры во главе с Чхон Сун-Чжо (Soon-Jo Chung) наконец-то научили LEONARDO летать, причем автономно.
Робот имеет небольшие размер и массу — 75 сантиметров в высоту и 2,6 килограмма. У него есть две ноги и верхняя часть (туловище), которое может наклоняться относительно них. В верхней части располагаются четыре пропеллера. Они установлены не параллельно поверхности, а наклонены в сторону от головы. Это снижает эффективность пропеллеров в создании подъемной силы, но зато улучшает стабилизацию при ходьбе. Конструкция подобрана таким образом, что центр масс располагается в перемычке между верхней и нижней частями. На фотографиях и роликах авторов, которые не попали в статью и, судя по всему, были сделаны уже после ее написания, также можно увидеть, что разработчики создали элементы корпуса, частично закрывающие ноги и плечи робота.
У LEONARDO есть два параллельных контроллера движения: для ходьбы и полета. Во время ходьбы большую часть веса принимают ноги, а пропеллеры лишь помогают стабилизировать ходьбу с учетом расположения ног в конкретный момент. При переходе в режим полета управление передается соответствующему контроллеру, управляющему роботом как обычным квадрокоптером. Благодаря камере глубины робот может передвигаться автономно.
Разработчики показали несколько роликов с возможностями робота. Например, они продемонстрировали полет со стола на пол и между двумя столами, разделенными большим проемом. Также авторы научили робота кататься на скейтборде: он умеет разгоняться и поворачивать, наклоняясь в сторону. Кроме того, они сравнили поведения робота и похожего по размеру дрона в условиях сильного ветра и показали, что благодаря опоре на пол LEONARDO остается на месте при более быстром ветре.
Недавно китайские инженеры тоже показали двуногого робота с пропеллерами и даже продемонстрировали его взлет, но пока он не умеет летать в заданную точку или зависать на месте, как LEONARDO. В нем используется иная конструкция, которая усложняет стабилизацию: два пропеллера расположены в верхней части корпуса, а еще два в стопах.
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.