Беспилотник научили обнимать деревья крыльями

Швейцарские инженеры разработали прототип беспилотника PercHug, который способен садиться на столбы и деревья, обхватывая их крыльями. При посадке беспилотник сначала ударяется о дерево своим закругленным носом, что позволяет ему развернуться в вертикальное положение, прижав хвост к поверхности. Кроме того, от удара срабатывает пассивный механизм складывания крыльев, который фиксирует беспилотник на месте. Описание конструкции опубликовано в журнале Communications Engineering.

Успех выполнения многих задач для беспилотников напрямую зависит от возможной продолжительности работы, и один из доступных способов уменьшить расход энергии — время от времени прерывать полет для сбора данных. Американские и нидерландские инженеры в 2021 году представили прототип шасси для дронов, которые напоминают птичьи ноги. С их помощью беспилотник может ухватываться за ветки деревьев, чтобы прервать полет и сэкономить энергию. Похожее устройство было создано и для дронов-орнитоптеров. Однако у такого подхода есть серьезный недостаток: дополнительное устройство увеличивает массу летательного аппарата, снижая и без того небольшое время полета. Кроме того, шасси такого типа плохо подходят для беспилотников самолетного типа, которые не могут зависнуть в полете на одном месте.

Инженеры под руководством Дарио Флореано (Dario Floreano) из Федеральной политехнической школы Лозанны решили, что для успешной посадки, беспилотнику самолетного типа может быть достаточно уже имеющихся на борту компонентов. Они разработали прототип беспилотника, который может садиться на цилиндрические объекты, например, деревья или столбы, обхватывая их своими крыльями.

Аппарат PercHug имеет размах крыла 96 сантиметров и массу 550 грамм. Его каркас изготовлен из углеродного волокна, а корпус выполнен из вспененного полипропилена. Крылья состоят из трех сегментов, соединенных шарнирами. Первый сегмент жестко закреплен на фюзеляже, а два других могут складываться, обхватывая объект при посадке подобно рукам. В развернутом состоянии крылья удерживаются натянутым тросом, проходящим через фиксатор в фюзеляже, который раскрывается при ударе о препятствие.

Процесс посадки PercHug происходит в несколько этапов и начинается с того, что летательный аппарат врезается в объект, на который планируется посадка. При столкновении закругленный нос принимает на себя удар, вызывая вращение беспилотника в вертикальной плоскости, которое заканчивается соприкосновением хвоста с поверхностью объекта. Одновременно с этим срабатывает защелка, удерживающая крылья в развернутом состоянии. Под действием предварительно сжатых пружин они складываются, обхватывая объект.

Представленный в работе прототип не имеет собственного двигателя, поэтому в испытаниях его запускали в сторону стволов деревьев вручную. Инженеры обнаружили, что даже успешно обхватив дерево, PercHug зачастую все равно соскальзывает вниз, поэтому для повышения силы трения было решено установить на соприкасающуюся с объектом поверхность небольшие крючки. В результате беспилотник успешно закреплялся и удерживался на стволах с диаметром от 28 до 50 процентов от размаха его крыльев. Наилучшие результаты были достигнуты при угле столкновения более 15 градусов на скорости от трех до девяти метров в секунду. Общий показатель успешных посадок составил 73 процента. В будущем инженеры планируют установить на прототип двигатель и разработать механизм отсоединения.

Крючки для успешного сцепления с поверхностью используются также в проекте квадрокоптера SCAMP, разработанного инженерами из Стэнфордского университета. Дрон способен садиться на стены и потолок, закрепляясь на них с помощью микрошипов из закаленной стали.