Інженери створили дрон, здатний змінювати форму у польоті

Швейцарські інженери створили квадрокоптер, здатний змінювати свою форму під час польоту. Він може складати плечі для прольоту через вузькі отвори або захоплювати предмети, причому алгоритм управління здатний стабілізувати дрон навіть при асиметричному розташуванні роторів.

Більшість дронів мають досить великий розмір, що дозволяє їм нести на собі ємний акумулятор і піднімати додаткове навантаження, наприклад, камеру. Крім того, широко рознесені по сторонах ротори дозволяють збільшити стабільність польоту порівняно з аналогічними мультикоптерами з меншою довжиною плечей. Але великий розмір дрона - це також і недолік. По-перше, такі мультикоптери незручно перевозити або носити з собою. Ця проблема частково вирішена розробниками складних квадрокоптерів, деякі вже серійно випускаються. По-друге, великі дрони не здатні пролітати у вузьких отворах, що може бути критичним, наприклад, під час рятувальних операцій в будівлях. На сьогоднішній день вже існує кілька проектів зі створення мультикоптерів зі складними в польоті елементами, але поки що вони мають вкрай складну конструкцію або можуть змінювати свою форму лише на короткий проміжок часу через нестабільність польоту в зміненій конфігурації, інформує UkrMedia.

Інженери під керівництвом Давида Скарамузза (Davide Scaramuzza) з Цюріхського університету і Швейцарської вищої технічної школи Цюріха створили дрон з класичною конструкцією, здатний змінювати свою форму в польоті і стабілізувати своє становище при будь-якому взаємному розташуванні плечей з роторами в одній площині. У центральній частині квадрокоптера розташовуються керуючі плати, акумулятор, а також чотири сервомотора, розташовані в кутах корпусу. Ці сервомотори приводять у рух плечі дрона, повертаючи їх щодо корпуса в горизонтальній площині в діапазоні 170 градусів. На кінцях плечей встановлені електромотори з трилопатевими гвинтами. Оскільки плечі дрона можуть розташовуватися близько один до одного, сусідні гвинти закріплені на різній висоті і не можуть зіткнутися при зближенні.

Всі обчислення, необхідні для польоту, дрон виконує з допомогою власних потужностей. Він орієнтується в просторі з допомогою візуально-інерціальної одометрії, яка аналізує переміщення і положення апарату кадрів з двох камер, а також показаннями гіроскопа і акселерометра.

Головна відмінність нового апарата полягає в алгоритмі управління. Він відстежує положення плечей і всього квадрокоптера, і на підставі цих даних постійно розраховує центр мас і тензор інерції. Після розрахунку нових параметрів він розраховує такі параметри тяги для кожного електромотора, щоб дрон залишався в стабільному положенні або летів за командою оператора, не зміщуючись або перекидаючись.

Розробники показали безліч випробувань і прикладів роботи дрона. У звичайному стані його плечі розташовані в X-подібній конфігурації. Якщо апарату необхідно пролетіти через вузький вертикальний отвір, він може витягнути всі плечі паралельно один одному в H-подібну конфігурацію, а при прольоті горизонтальних отворів оптимальна конфігурація - O-образна. Також розробники передбачили режим з T-образної конфігурації, який дозволяє дрону підлетіти максимально близько до досліджуваного об'єкту і знімати його на вбудовані камери. Крім того, дрон може піднімати невеликий вантаж, затискуючи його між плечима. Інженери відзначають, що крім очевидних переваг у такого підходу є і недолік - енергоефективність польоту знижується через перекриття гвинтів в крайніх положеннях, а також через нерівномірний розподіл тяги гвинтів.