Дрон с гибкой рамой научили протискиваться через узкие проемы

Инженеры из Норвежского университета естественных и технических наук разработали квадрокоптер Morphy с деформируемой рамой, который способен на лету протискиваться сквозь узкие проемы и выдерживать столкновения с препятствиями на высокой скорости. Каждый из лучей рамы дрона крепится к центральной части корпуса через эластичное соединение с встроенным датчиком Холла. Данные от них обрабатываются алгоритмом в режиме реального времени и позволяют дрону динамически подстраивать тягу всех четырех пропеллеров таким образом, чтобы удерживаться в воздухе, несмотря на деформацию рамы. Об этом сообщает издание New Atlas.

Мультикоптерные дроны, как правило, достаточно плохо приспособлены для полетов в ограниченном пространстве. Обычно внутри помещений в закрытых и стесненных условиях встречается множество препятствий и узких проемов, а разработка дрона, конструкция которого одновременно сочетала бы в себе устойчивость к столкновениям, способность пролетать через узкие пространства и простоту конструкции, представляет собой непростую задачу.

К примеру, инженеры давно ищут способы повысить устойчивость мультикоптерных дронов к ударам, разрабатывая различные системы защиты пропеллеров и корпуса. Однако большинство из этих решений либо увеличивают массу и габариты беспилотника, либо не обеспечивают достаточной защиты при сильных ударах. Другая проблема — в стесненных условиях размеры дронов могут серьезно ограничивать их способность проникать в узкие труднодоступные области. Решением могла бы стать рама с изменяемой в полете геометрией, как у разработанного швейцарскими инженерами дрона со складывающимися лучами. Однако у этого подхода есть недостаток — конструкция беспилотника становится более сложной и менее надёжной.

Возможно решением этой задачи станет подход, предложенный инженерами под руководством Костаса Алексиса (Kostas Alexis) из Норвежского университета естественных и технических наук. Созданный этой группой разработчиков квадрокоптер получил говорящее название Morphy. Каждый из четырех лучей его рамы крепится к корпусу с помощью гибкого соединения, напечатанного на 3D-принтере из эластичного материала. Внутри каждого из этих эластичных шарниров установлен датчик Холла, который измеряет направление и степень изгиба луча.

При соприкосновении с препятствием луч рамы Morphy изгибается, вместо того, чтобы сломаться. При этом данные с датчика Холла поступают на бортовой восьмиядерный микропроцессор, который корректирует тягу всех четырех винтов таким образом, чтобы сохранить стабильность и управляемость аппарата. Это позволяет дрону амортизировать удары при столкновении с препятствиями, а также протискиваться сквозь горизонтальные и вертикальные щели, которые уже, чем размеры его корпуса.

При этом в остальном Morphy выглядит как обычный дрон. Его масса составляет 260 грамм, а размах лучей — 252 миллиметра. Пропеллеры защищены от ударов с помощью обычных кольцевых бамперов из пластика. Время полета на одном заряде батареи — более двенадцати минут. Помимо датчиков Холла дрон также оснащен камерой и ToF-сенсором. Высокое соотношение тяги к весу (3,3) обеспечивает квадрокоптеру хорошую маневренность, а мощный процессор позволяет выполнять сложные алгоритмы управления и одновременно обрабатывать данные с сенсоров в режиме реального времени.

Для проверки возможностей Morphy инженеры провели серию экспериментов. В первом из них дрон направляли по прямой траектории, заставляя его сталкиваться со стеной на скорости до трех метров в секунду. В результате Morphy успешно выдерживал столкновения, сохраняя управляемость и стабильность полета. В отдельных испытаниях беспилотник демонстрировал способность выдерживать удары на скорости до 7,6 метра в секунду. Во втором эксперименте Morphy должен был пролететь сквозь горизонтальную щель, которая была меньше, чем размер его корпуса. Благодаря гибким лучам дрон смог деформироваться и протиснуться сквозь препятствие, продолжив устойчивый полет. В третьем эксперименте исследователи проверили способность Morphy проходить сквозь вертикальную щель, которая также была уже, чем дрон. И в этом случае Morphy успешно справился с задачей.

По мнению создателей, Morphy представляет собой новый класс дронов. Столкновения с препятствиями, которых ранее старались избегать, стали для него приемлемым риском, а области, которые были непроходимыми для дронов с жесткой конструкцией, Morphy может преодолевать за счет деформации корпуса.

Рама Morphy деформируется только в некоторых участках, которые изготовлены из эластичного материала, в то время как остальные ее части остаются жесткими. Чего нельзя сказать о мягкой раме дрона SoBAR, созданного инженерами из Университета штата Аризона. Она целиком выполнена из гибкого термопластичного полиуретана, покрытого сверху нейлоновой тканью и надувается с помощью воздуха.