Двокрилий робот, який тримається у повітрі завдяки тому, що крутиться, забезпечив собі обертання майже на 25 хвилин польоту. Крутиться дрон за допомогою двох роторів та акумулятора, а на практиці зміг навіть взяти з собою корисне навантаження на 20 грамів ваги — камеру. Стаття про дрон доступна у журналі Science Robotics.
Songnan Bai et al. / Science Robotics, 2022
Чому дрон замість крутити гвинтами, крутиться сам?
Опріч того, що дрони вже добре зарекомендували себе у безлічі задач, не менш успішними є і не такі традиційні мікролітальні апарати. Враховуючи, що польоти є доволі енерговитратним заняттям, популярними серед інженерів стали альтернативні зовсім непорушні конструкції, які пасивно тримаються у повітрі, обертаючись самостійно. За принципом дії вони зазвичай нагадують крилатки — плоди, наприклад, клена, що мають плоскі відростки навколо насінини, завдяки чому розкручуються під дією вітру і можуть долати невеликі відстані, а також м'яко приземлятися на землю. Такі дрони зазвичай мають одне пласке крило і «насінину», де інженери розміщують всю необхідну електроніку. Крім того, їхня конструкція доволі проста, а тому дешева.
М'яке приземлення дає можливість використовувати подібні конструкції для наземних завдань: такий монокоптер можна запустити у потрібному напрямку якогось важкодоступного місця, звідки він зможе займатися, наприклад, моніторингом місцевості за допомогою принесених із собою датчиків. І в цій роботі дослідники Міського університету Гонконгу також взялися за концепцію пасивного польоту та запропонували двокрилий дрон, який може так крутитися у повітрі до 25 хвилин.
Songnan Bai et al. / Science Robotics, 2022
Куди може розкрутитися дрон?
Попри те, що моделювати рух у таких дронів складніше, а також потрібно забезпечувати якомога довше обертання, це обертання додає додаткової стійкості польоту, враховуючи додаткові аеродинамічні сили. Непорушні крила відіграють роль аеродинамічних амортизаторів, які дають роботу змогу пасивно стабілізувати своє вертикальне положення у повітрі. Крім того, симетрична конфігурація двох крил хоч і відходить від конструкції крилаток, значно спрощує динаміку польоту. У крилах розміщено по гвинту, що обертається за годинниковою стрілкою, та забезпечує обертання.
З невеликою батареєю дрон важить 35,1 грама при розмаху крил близько 60 сантиметрів і може триматись у повітрі 14,9 хвилини. З більшою батареєю, ємністю 650 міліампер-годин (що збільшить масу дрона до 42,8 грама), дрон здатний зависати у повітрі вже до 24,5 хвилини. Ключем до ефективності є те, що на відміну від традиційних дронів, гвинти не використовуються для створення підіймальної сили, а лише для створення обертання. Співвідношення маси та споживаної потужності дроном, за оцінками інженерів, приблизно вдвічі краще, ніж у більшості невеликих багатороторних дронів.
Куди дрон можна запускати?
Щоб продемонструвати ефективність нерухомих двох крил у польоті, інженери наділили дрон корисним навантаженням. Із собою він зміг протягнути 21 з половиною грама ваги, яка, наприклад, може включати лазерний далекомір, який може виявляти перешкоди на відстані до чотирьох метрів, або камеру, яка підлаштована до частоти обертання у 22 радіани на секунду і може забезпечувати відеознімання. Так дрон можна використовувати дрон для моніторингу не лише з місця його приземлення, а і у польоті.
Відео з камери у польоті дрона. Songnan Bai et al. / Science Robotics, 2022
Раніше ми вже розповідали про концепцію дронів-крилаток. Цей, наприклад, має одне крило, яке можна скручувати, і зменшити дрон більш як в половину у розмірах.