F-SAM — гибкий дрон, который можно свернуть в трубочку
Оказывается, для создания летающего робота не нужно много оборудования. Летающие роботы, как правило, очень сложно спроектированы и обладают большим количеством компонентов, такими как два целых крыла или четыре отдельных двигателя.
Возможно, такие устройства создаются для людей с большим финансированием, но для любого, кто пытается придерживаться разумного бюджета, все, что на самом деле требуется для создания летающего робота, — это один единственный аэродинамический профиль и прикрепленный пропеллер фиксированного шага. И если вы сделаете этот аэродинамический профиль гибким, вы даже сможете сложить его целиком в своего рода летающий роботизированный швейцарский рулон.
Этот тип беспилотного летательного аппарата называется монокоптером, и его конструкция в целом основана на семенах растения самара, которые представляют собой одинарные семенные коробочки, у которых есть «крыло». Способность стабильно вращаться замедляет спуск семян на землю, позволяя им распространяться на многие километры. Это по своей сути стабильная конструкция, которая будет вращаться сама по себе и делать это аккуратно и предсказуемо, что является хорошей особенностью для дрона — если что-то в оборудовании ломается, он просто мягко вращается вниз, чтобы приземлиться по умолчанию.
Сингапурский университет технологий и дизайна создал монокоптер под названием F-SAM, что расшифровывается как складной монокоптер с одним приводом. В аппаратном плане здесь может быть не так много всего, но это и есть часть очарования дизайна устройства. Один привод обеспечивает полное управление направлением: дроссельная заслонка увеличивает обороты устройства, заставляя его набирать высоту.
Управление монокоптером может показаться сложным, поскольку требует повторяющихся импульсов двигателя в точке во время вращения устройства. F-SAM работает в среде захвата движения в видео, чтобы изучить свой потенциал точной автономности, но он не ограничен этой средой и не требует внешнего контроля для управления.
Хотя панель управления F-SAM была спроектирована по индивидуальному заказу, а крыло требует некоторой обработки, остальные части стоят недорого и продаются отдельно. Общий вес F-SAM составляет всего 69 г, из которых почти 40% приходится на батарею, что обеспечивает время полета около 16 минут.
Издание IEEE Spectrum пообщалось с создателями монокоптера и задало несколько вопросов. Ученые исследовали различные материалы и комбинации материалов для гибкой конструкции крыла. Редактор спросил, почему они остановились на смеси бальзового дерева и пластика.
«Конструкция крыла монокоптера требует жесткости, чтобы им можно было управлять в полете. Хотя монокоптер может летать с использованием более гибких материалов, которые мы тестировали, например, гибкого пластика или гибкого полимера, они позволяют крылу свободно поворачиваться в полете, что снижает эффективность циклического управления двигателем. Бальза, ламинированная пластиком, обеспечивает достаточную жесткость для эффективного контроля, а также позволяет складываться»
По словам исследователей, F-SAM может летать на открытом воздухе. Он пассивно стабилен, поэтому для его полета не требуется управление с обратной связью. Среда захвата движения обеспечивает его абсолютное положение для полетов на станции и путевых точек в помещении. При полете на открытом воздухе электронный компас обеспечивает относительный курс для основного циклического контроля. Команда ученых работает над прототипом со встроенным GPS для автономных полетов на открытом воздухе.
«Можно добавить камеру (мы делали это раньше), но из-за ее вращающейся природы изображения могут получиться размытыми. Камеры с обзором на 360 градусов становятся все легче и меньше, и мы можем попробовать поставить одну на F-SAM или другие монокоптеры, которые у нас есть. Другими возможными датчиками являются датчик LiDAR или датчик ToF. С LiDAR платформа имеет преимущество, поскольку она уже вращается с известной скоростью. Обычная система LiDAR требует специального привода для создания вращательного движения. Как вращающаяся платформа, F-SAM уже обладает естественной динамикой вращения, что делает интеграцию LiDAR легкой и более эффективной»
На сегодняшний день F-SAM можно сложить в компактную форму и хранить внутри контейнера. Тем не менее для этого по-прежнему требуется, чтобы человек развернул его и либо запустил вручную, либо положил на пол, чтобы тот взлетел. В будущем ученые предполагают, что F-SAM будет помещен в контейнер, в котором есть механизм (к примеру, сжатый газ) для катапультирования сложенного блока в воздух, чтобы он мог немедленно начать разворачиваться из-за используемых эластичных материалов. Двигатель может инициировать вращение, которое позволяет крылу выпрямляться за счет центробежных сил.
Ученые считают, что F-SAM может быть хорошей игрушкой, но не может быть хорошей альтернативой квадрокоптерам, если целью является обычная аэрофотосъемка или видеосъемка. Тем не менее он может быть хорошим соперником для одноразовых разведывательных миссий с GPS-наведением. Поскольку для полета используется только один привод, его можно сделать относительно дешево.
Кроме того, он очень тихий во время полета и легко маскируется после приземления. На платформу можно интегрировать легкие датчики для различных задач, например, для мониторинга климата. Несколько устройств F-SAM могут быть развернуты с воздуха, так как они способны автоматически вращаться при спуске, а также летать в определенные периоды для расширенного сбора метеорологических данных в воздухе.
«У нас есть несколько интересных проектов, большинство из которых посвящены теме «Делай больше с меньшими затратами». Это означает, что наши проекты нацелены на выполнение нескольких задач и режимов полета при использовании как можно меньшего количества приводов. Подобно F-SAM, который использует только один привод для обеспечения управляемого полета, мы работаем над другим проектом — это полностью авторотационная версия под названием Samara Autorotating Wing (SAW)»
По его словам, эта платформа может работать в двух режимах полета всего с одним приводом. Она идеально подходит для развертывания одноразовых датчиков в удаленных местах. К примеру, платформу можно использовать для развертывания датчиков для мониторинга леса или системы оповещения о лесных пожарах.
Датчики могут приземляться на кроны деревьев, а после приземления крыло обеспечивает необходимую площадь для улавливания солнечной энергии для постоянной работы в течение нескольких лет. Еще один интересный сценарий — использование платформы авторотации для направления радиозондов обратно в точку сбора после завершения их движения вверх.
Исследователь рассказал, что в настоящее время многие радиозонды отправляются с водородными воздушными шарами с метеостанций по всему миру (более 20 000 ежегодно только из Австралии), и как только воздушный шар достигает большой высоты и взрывается, датчики падают обратно на землю. Направляя их обратно в пункт сбора, можно ежегодно экономить миллионы долларов, а также это поможет сохранить окружающую среду за счет меньшего загрязнения.
