От дизайн, вдъхновен от семената на дърветата, до 26-минутно време за полет с един ротор – един нов монокоптер, разработен от изследователи от SUTD, бележи 10-годишното си пътешествие към предефиниране на това колко ефективни могат да бъдат малките летящи роботи.
Когато Сингапур отбеляза 50-ата годишнина от независимостта си през 2015 г., екип от студенти-изследователи, ръководен от доцент Фунг Шаохуи от Сингапурския университет за технологии и дизайн (SUTD), се впусна в амбициозно предизвикателство: да проектира и построи дрон, способен на 50 минути непрекъснат полет.
По това време повечето любители квадрокоптери едва можеха да се справят с половината от подобно време. Проектът SG50 Multi-Rotor Drone успя, но за да лети толкова дълго, апаратът трябваше да бъде голям, сложен и тежък.
Десетилетие по-късно доц. Фунг се опитва да предефинира изследванията на дронове – този път с малки размери и следвайки съвсем различна стратегия. Вместо да се опитва да проектира многороторен дрон, който да бъде по-ефективен, изследователят се е обърнал към природата за вдъхновение.
Разработката е на лек монокоптер, вдъхновен от семената на някои дървета, който постига ефикасен и напълно контролируем полет само с един задвижващ механизъм.
В проучване, публикувано в IEEE Robotics and Automation Letters, екипът описва 32-грамов, лек монокоптер, който може да се рее с напълно автоматичен контрол в продължение на 26 минути, далеч надминавайки типичните дронове в своя клас. Това е част от по-мащабно усилие да се преобрази дизайнът на летящите роботи с главата надолу, като се прави повече с по-малко, каза доц. Фунг. Новият му дизайн проправи път за роторкрафтите в този тегловен клас.
„Постигането на полет става все по-неефективно с намаляването на мащаба. Малките дронове често имат слаба издръжливост, защото малките им витла генерират ограничена тяга и въпреки това черпят значителна мощност. Нашата цел беше да преодолеем това ограничение“, добави той.
Решението, както се оказва, идва от природата. Въртящи се във въздуха, кленовите семена летят спираловидно към земята, носейки се надалеч. Те говорят на учените за „завладяващ“ аеродинамичен режим, съчетавайки пасивна стабилност с ефективно генериране на подемна сила в красиво опростена форма.
„Всяка част от кленовото семе допринася за подемната сила. Вдъхновихме се от този принцип и построихме корпус, където нищо не се губи“, обясни доц. Фунг.
Стратегията за използване на семената на клена като вдъхновение произтича от лично наблюдение – нещо, което изкуственият интелект не би идентифицирал самостоятелно. Подобреният дизайн на крилото обаче е постигнат чрез оптимизация, базирана на AI.
За разлика от конвенционалните квадрокоптери, които контролират множество ротори, монокоптерът на екипа постига полет само с един задвижващ механизъм.
Полученият дрон се носи при съотношение 9,1 грама на ват, превъзхождайки други микро въздушни превозни средства със сравним размер и тегло, способни да се реят.
При все това настоящият прототип е сглобен от компоненти, достъпни в магазинната мрежа – стандартни, обикновени. Бъдещата работа ще се насочи към разработване на поръчкови части, за да се подобри производителността.
„Следващата стъпка е да се увеличи товарният капацитет и времето за полет, без значително увеличаване на теглото“, сподели научният сътрудник Цай Синю. „Също така се стремим да проучим съвременни материали и биологично вдъхновени морфологии на крилата в процеса на проектиране“.
Наред с това екипът е насочил поглед към символично продължение: монокоптер, способен да лети повече от 60 минути за 60-ия рожден ден на Сингапур.
„Ефективността обикновено се подобрява с увеличаване на мащаба. Тук ние обърнахме това. Успяхме да свием системата, като същевременно я направим по-ефективна“, добави доц. Фунг.
