Інженери з Норвезького університету природничих і технічних наук розробили квадрокоптер Morphy, що має деформовану раму і здатний на льоту протискатися крізь вузькі отвори та витримувати зіткнення з перешкодами на високій швидкості.
Кожен із променів рами дрона кріпиться до центральної частини корпусу через еластичне з’єднання з вбудованим датчиком Холла. Дані від цих датчиків обробляються алгоритмом у режимі реального часу, що дозволяє дрону динамічно підлаштовувати тягу всіх чотирьох пропелерів, утримуючись у повітрі, незважаючи на деформацію рами. Про це повідомляє видання New Atlas.
Мультикоптерні дрони зазвичай мають складності при польотах в обмеженому просторі. Всередині приміщень та в закритих умовах існує багато перешкод і вузьких прорізів. Розробка дрона, який би поєднував стійкість до зіткнень, здатність пролітати через вузькі простори і простоту конструкції, є непростим завданням.
Інженери давно шукають способи підвищити стійкість дронів до ударів, розробляючи різноманітні системи захисту пропелерів і корпусу. Більшість із цих рішень збільшує масу та габарити безпілотника або не забезпечує достатнього захисту при сильних ударах. Інша проблема – в умовах обмеженого простору розміри дронів можуть серйозно обмежувати їхню здатність проникати у вузькі важкодоступні області.
Інноваційний підхід Morphy
Команда інженерів під керівництвом Костаса Алексіса з Норвезького університету природничих і технічних наук запропонувала новий підхід. Кожен із чотирьох променів рами Morphy кріпиться до корпусу за допомогою гнучкого з’єднання, надрукованого на 3D-принтері з еластичного матеріалу. Всередині кожного з цих еластичних шарнірів встановлений датчик Холла, який вимірює напрямок і ступінь вигину променя.
При зіткненні з перешкодою промінь рами Morphy згинається, замість того щоб зламатися. Дані з датчика Холла надходять на бортовий восьмиядерний мікропроцесор, який коригує тягу всіх чотирьох гвинтів, зберігаючи стабільність і керованість апарату. Це дозволяє дрону амортизувати удари під час зіткнення з перешкодами, а також протискатися крізь горизонтальні та вертикальні щілини, що вужчі за розміри його корпусу.
Morphy виглядає як звичайний дрон з масою 260 грамів і розмахом променів 252 міліметри. Пропелери захищені кільцевими бамперами з пластику. Час польоту на одному заряді батареї становить понад дванадцять хвилин. Крім датчиків Холла, дрон оснащений камерою і ToF-сенсором. Високе співвідношення тяги до ваги (3,3) забезпечує квадрокоптеру хорошу маневреність, а потужний процесор дозволяє виконувати складні алгоритми керування і одночасно обробляти дані з сенсорів у режимі реального часу.
Експериментальні випробування
Для перевірки можливостей Morphy інженери провели серію експериментів. У першому з них дрон направляли за прямою траєкторією, змушуючи його стикатися зі стіною на швидкості до трьох метрів на секунду. Morphy успішно витримував зіткнення, зберігаючи керованість і стабільність польоту. В окремих випробуваннях дрон демонстрував здатність витримувати удари на швидкості до 7,6 метра на секунду.
У другому експерименті Morphy мав пролетіти крізь горизонтальну щілину, яка була меншою, ніж розмір його корпусу. Гнучкі промені дрона дозволили йому деформуватися і протиснутися крізь перешкоду, продовживши стійкий політ. У третьому експерименті Morphy пройшов крізь вертикальну щілину, також вужчу за його корпус, успішно впоравшись із завданням.
На думку творців, Morphy представляє новий клас дронів. Зіткнення з перешкодами, яких раніше намагалися уникати, стали для нього прийнятним ризиком, а області, що були непрохідними для дронів із жорсткою конструкцією, Morphy може долати за рахунок деформації корпусу. Це відкриває нові можливості для використання дронів у складних умовах та обмеженому просторі.