Микродрон с крыльями получил светящиеся «мышцы»

Американские и китайские инженеры разработали небольшой дрон массой 0,65 грамма и длиной четыре сантиметра. Он держится в воздухе благодаря восьми крыльям, которые приводятся в движение диэлектрическими актуаторами, светящимися во время работы. Также авторы разработали систему из трех смартфонов, позволяющую восстанавливать траекторию полета дрона. Статья опубликована в IEEE Robotics and Automation Letters.

Большинство дронов создается по схеме мультикоптера с вращающимися винтами и имеет размеры в десятки сантиметров. Но есть и направление по созданию микродронов массой порядка долей грамма. В них используется не винты, а крылья, взмахивая которыми дрон создает подъемную силу.

В 2019 году американские инженеры представили дрон массой 0,66 грамма с восемью крыльями, и научили его управляемому полету. Этого удалось достичь благодаря инфракрасной системе отслеживания. Она состоит из небольших сфер-маркеров и камер, которые с высокой точностью отслеживают их положение.

В новой статье группа инженеров, которую возглавлял Юйфэн Чэнь (YuFeng Chen), принимавший участие в работе 2019 года, рассказала о создании похожего по конструкции дрона, но со светящимися актуаторами, которые удалось отслеживать с помощью обычных смартфонов. Важнейшая деталь дрона — модуль с актуатором и двумя крыльями на его торцах, всего в дроне четыре таких модуля. Актуатор состоит из длинной полоски с чередующимися слоями: эластомером и слоем нанотрубок, выступающим в качестве электрода. После создания такой полоски ее сворачивают в рулон. Когда на электродах появляется напряжение они начинают притягиваться друг к другу из-за электрического поля, а поскольку между ними находится эластомер, он деформируется и двигает закрепленные по торцам крылья.

Главное отличие нового актуатора от предыдущей версии заключается в том, что инженеры добавили в верхний слой эластомера электролюминесцентные частицы, которые излучают свет определенного цвета под действием электрического поля. Эксперименты показали, что излучение становится заметным для человека и камер, когда параметры работы актуатора превышают 500 вольт и 400 герц. Инженеры создали актуаторы трех цветов: синего, зеленого и оранжевого.

Инженеры реализовали две системы отслеживания: стандартную с инфракрасными камерами и новую, состоящую из смартфонов. Смартфоны были закреплены так, чтобы снимать дрон с двух боковых сторон и сверху. Во время полетов он управлялся на основе данных с инфракрасной системы отслеживания. После тестов разработчики построили траектории полета с помощью данных с двух систем и сравнили их. Оказалось, что ошибка системы, состоящей из смартфонов, составляет 2,9 миллиметра (среднеквадратичное отклонение) или 7,3 процента от длины дрона.

Пока это лишь прототип, обладающий существенными недостатками. Во-первых, система на основе камер смартфонов не работала в реальном времени, что необходимо для стабильного полета. Во-вторых, дрон получал энергию по проводу, а не из своего аккумулятора.

Питание — это одна из главных нерешенных проблем микродронов. Но в этом направлении все же есть успехи и примечательные работы. Например, в 2018 году инженеры научили дрон массой менее 200 микрограмм с двумя похожими крыльями получать энергию для работы из лазерного луча.

Григорий Копиев