F-SAM — гнучкий дрон, який можна згорнути в трубочку
Виявляється, для створення літаючого робота не потрібно багато обладнання. Літаючі роботи, як правило, дуже складно спроектовані й мають велику кількість компонентів, таких як два цілих крила чи чотири окремі двигуни.
Можливо, такі пристрої створюються для людей із великим фінансуванням, але для будь-кого, хто намагається дотримуватися розумного бюджету, усе, що насправді потрібно для створення літаючого робота, — це один єдиний аеродинамічний профіль і прикріплений пропелер фіксованого кроку. І якщо ви зробите цей аеродинамічний профіль гнучким, ви навіть зможете скласти його цілком у своєрідний літаючий роботизований швейцарський рулет.
Цей тип безпілотного літального апарата називається монокоптером, і його конструкція загалом базується на насінні рослини клен, яке являє собою одинарні насіннєві коробочки, що мають «крило». Здатність стабільно обертатися уповільнює спуск насіння на землю, дозволяючи йому поширюватися на багато кілометрів. Це по суті стабільна конструкція, яка обертатиметься сама по собі й робитиме це акуратно й передбачувано, що є гарною особливістю для дрона — якщо щось в обладнанні ламається, він просто м'яко обертається вниз, щоб приземлитися за замовчуванням.
Сінгапурський університет технологій і дизайну створив монокоптер під назвою F-SAM, що розшифровується як складаний монокоптер з одним приводом. Апаратно тут може бути не так багато всього, але саме в цьому і є частина чарівності дизайну пристрою. Один привод забезпечує повне керування напрямком: дросельна заслінка збільшує обороти пристрою, змушуючи його набирати висоту.
Керування монокоптером може здаватися складним, оскільки потребує повторюваних імпульсів двигуна в певній точці під час обертання пристрою. F-SAM працює в середовищі захоплення руху у відео, щоб дослідити свій потенціал точної автономності, але він не обмежений цим середовищем і не потребує зовнішнього контролю для керування.
Хоча панель керування F-SAM була спроектована на замовлення, а крило потребує певної обробки, решта частин коштують недорого і продаються окремо. Загальна вага F-SAM становить лише 69 г, з яких майже 40% припадає на батарею, що забезпечує час польоту близько 16 хвилин.
Видання IEEE Spectrum поспілкувалося зі створювачами монокоптера і поставило кілька запитань. Науковці дослідили різні матеріали та їх комбінації для гнучкої конструкції крила. Редактор запитав, чому вони зупинилися на суміші бальзового дерева і пластику.
«Конструкція крила монокоптера потребує жорсткості, щоб нею можна було керувати в польоті. Хоча монокоптер може літати з використанням більш гнучких матеріалів, які ми тестували, наприклад, гнучкого пластику чи гнучкого полімеру, вони дозволяють крилу вільно повертатися в польоті, що знижує ефективність циклічного керування двигуном. Бальза, ламінована пластиком, забезпечує достатню жорсткість для ефективного контролю, а також дозволяє складатися»
За словами дослідників, F-SAM може літати на відкритому повітрі. Він пасивно стабільний, тому для його польоту не потрібне керування зі зворотним зв'язком. Середовище захоплення руху забезпечує його абсолютне положення для польотів на станції та путівних точках у приміщенні. Під час польоту на відкритому повітрі електронний компас забезпечує відносний курс для основного циклічного контролю. Команда науковців працює над прототипом із вбудованим GPS для автономних польотів на відкритому повітрі.
«Можна додати камеру (ми робили це раніше), але через її обертову природу зображення можуть вийти розмитими. Камери з оглядом на 360 градусів стають дедалі легшими і меншими, і ми можемо спробувати поставити одну на F-SAM або інші монокоптери, які в нас є. Іншими можливими датчиками є датчик LiDAR або датчик ToF. З LiDAR платформа має перевагу, оскільки вона вже обертається з відомою швидкістю. Звичайна система LiDAR потребує спеціального приводу для створення обертального руху. Як обертова платформа, F-SAM вже має природну динаміку обертання, що робить інтеграцію LiDAR легкою та ефективнішою»
Наразі F-SAM можна скласти в компактну форму і зберігати всередині контейнера. Проте для цього все ще потрібно, щоб людина його розклала і або запустила вручну, або поклала на підлогу, щоб він злетів. У майбутньому науковці припускають, що F-SAM помістять у контейнер, у якому є механізм (наприклад, стиснутий газ) для катапультування складеного блока в повітря, щоб він міг одразу почати розгортатися завдяки використаним еластичним матеріалам. Двигун може ініціювати обертання, яке дозволяє крилу випрямлятися за рахунок відцентрових сил.
Науковці вважають, що F-SAM може бути хорошою іграшкою, але не може бути хорошою альтернативою квадрокоптерам, якщо метою є звичайна аерофотозйомка чи відеозйомка. Проте він може бути гідним суперником для одноразових розвідувальних місій із GPS-наведенням. Оскільки для польоту використовується лише один привод, його можна зробити відносно дешевим.
Крім того, він дуже тихий під час польоту і легко маскується після приземлення. На платформу можна інтегрувати легкі датчики для різних завдань, наприклад, для моніторингу клімату. Кілька пристроїв F-SAM можна розгорнути з повітря, оскільки вони здатні автоматично обертатися під час спуску, а також літати в певні періоди для розширеного збору метеорологічних даних у повітрі.
«У нас є кілька цікавих проєктів, більшість з яких присвячені темі «Роби більше з меншими витратами». Це означає, що наші проєкти спрямовані на виконання кількох завдань і режимів польоту з використанням якомога меншої кількості приводів. Подібно до F-SAM, який використовує лише один привод для забезпечення керованого польоту, ми працюємо над іншим проєктом — це повністю авторотаційна версія під назвою Samara Autorotating Wing (SAW)»
За його словами, ця платформа може працювати у двох режимах польоту лише з одним приводом. Вона ідеально підходить для розгортання одноразових датчиків у віддалених місцях. Наприклад, платформу можна використовувати для розгортання датчиків для моніторингу лісу або системи сповіщення про лісові пожежі.
Датчики можуть приземлятися на крони дерев, а після приземлення крило забезпечує необхідну площу для вловлювання сонячної енергії для постійної роботи протягом кількох років. Ще один цікавий сценарій — використання платформи авторотації для спрямування радіозондів назад до пункту збору після завершення їхнього руху вгору.
Дослідник розповів, що наразі багато радіозондів відправляють із водневими повітряними кулями з метеостанцій по всьому світу (понад 20 000 щороку лише з Австралії), і щойно повітряна куля досягає великої висоти та лопає, датчики падають назад на землю. Спрямовуючи їх назад до пункту збору, можна щороку заощаджувати мільйони доларів, а також це допоможе зберегти навколишнє середовище завдяки меншому забрудненню.
