Беспилотные летательные аппараты (БПЛА), обычно называемые дронами, уже зарекомендовали себя как ценные инструменты для широкого спектра применений: от кинопроизводства и индустрии развлечений до обороны и безопасности, сельского хозяйства, логистики, строительства и мониторинга окружающей среды. Хотя эти технологии уже широко используются во многих странах мира, инженеры пытаются ещё больше расширить их возможности, чтобы их можно было использовать для решения ещё более сложных задач.
Исследователи из Университета науки и технологий Пхохана и Центра технологий автономности искусственного интеллекта Агентства по оборонным разработкам (ADD) в Южной Корее недавно разработали дрон со складными крыльями, который может быть более маневренным, чем обычные дроны . Их дрон черпает вдохновение в крылатой белке-летяге, типе белок, которые используют свободные лоскуты кожи, прикрепленные от запястий до лодыжек, чтобы планировать с дерева на дерево.
«Дрон-летяга вдохновлен движениями белок-летяг, в частности, их способностью быстро замедляться, расправляя крылья непосредственно перед посадкой на деревья», — рассказали Tech Xplore Дохён Ли, Джун-Гилл Канг и Сухи Хан, соавторы статьи. «Мы начали это исследование с убеждением, что, как и белки-летяги, дроны могут расширить свои динамические возможности, используя аэродинамическое сопротивление».
Опубликованная на сервере препринтов arXiv , последняя статья Ли, Канга и Хана основана на более ранней статье , в которой они впервые представили своего робота, вдохновленного белкой. В их предыдущей статье были описаны базовые аппаратные средства их робота и метод обучения с подкреплением, который позволял ему быстро замедляться при выполнении маневров в полёте.
«В нашей новой статье мы предложили новую систему беспилотных летательных аппаратов, которая использует развёртываемые мембраны крыльев и демонстрирует превосходные характеристики по сравнению с обычными системами беспилотных летательных аппаратов при выполнении маневров с высоким ускорением, таких как быстрые остановки и резкие повороты», — заявили Ли, Канг и Хан.
Ранее было обнаружено, что аэродинамическое сопротивление мембраны крыла робота ухудшает его работу в обычных сценариях полёта (например, когда дрон летит по прямой). В ситуациях, когда роботу необходимо внезапно остановиться или быстро изменить направление, чтобы избежать столкновений с препятствиями, раскрытие крыльев может создать значительную силу в направлении, противоположном объекту, которого дрон пытается избежать.
«Чтобы безопасно и надежно работать в таких сценариях, дрон-летяга должен уметь решать, когда раскрывать или убирать крылья в зависимости от ситуации, а роторы должны иметь возможность создавать соответствующую тягу», — пояснили Ли, Канг и Хан.
В своём недавнем исследовании учёные также обучили искусственные нейронные сети точно предсказывать аэродинамическое сопротивление, создаваемое мембраной крыла дрона на основе силикона. Затем они разработали стратегию Thrust-Wing Coordination Control (TWCC), которая использует прогнозы нейронной сети для оптимального управления как мембраной крыла, так и двигателями, что позволяет надежно выполнять желаемые маневры.
«Еще одним важным вкладом нашей работы стала разработка аппаратной системы, которая позволяет быстро развёртывать и убирать силиконовые крылья, сохраняя при этом традиционный форм-фактор квадрокоптера», — заявили Ли, Канг и Хан.
«Вместе мы предложили структуру, способную одновременно управлять силиконовой мембраной крыла — с её сложной, неаналитически предсказуемой аэродинамикой — и двигателями дрона, а также демонстрировать высокопроизводительное отслеживание траектории и обход препятствий на реальном оборудовании».
Примечательно, что работа дрона, вдохновленного белкой-летягой, поддерживается исключительно встроенным микроконтроллером, без необходимости во внешних вычислительных или коммуникационных системах. Это связано с тем, что алгоритм, обеспечивающий его высокую маневренность, является одновременно лёгким и энергоэффективным. Таким образом, он также может работать на микроконтроллерах с низкой производительностью, таких как микроконтроллеры класса Arduino.
В будущем новый дрон можно будет усовершенствовать и протестировать в более широком диапазоне настроек и сценариев. В конечном итоге он может помочь решить множество реальных проблем. Например, помогая пользователям удалённо контролировать естественную и искусственную среду, выполнять поисково- спасательные операции , снимать кадры для фильмов или проводить оборонные операции.
«Теперь мы планируем реализовать дополнительные возможности, вдохновленные настоящими белками-летягами. В частности, мы намерены изучить поведение дрона-летяги при планировании и разработать тип посадочного устройства и стратегии управления, которые позволят дрону быстро замедляться и приземляться на стены или деревья, подобно тому, как приземляются настоящие белки-летяги», — добавили Ли, Канг и Хан.
«Кроме того, мы планируем изучить планирование движения для таких систем, как дрон-летяга , динамические характеристики которого могут существенно меняться в зависимости от ситуации».
Бессменный главный редактор, в незапамятные времена работал в издании РБК