Studiile și experimentele din MAVLab (TU Delft, Țările de Jos) pentru controlul autonom al ascensiunii dronelor de mici dimensiuni cu aripă fixă

Rezultatele studiului efectuat de cercetătorii din Marea Britanie privind zborul condorului andin au stat, cel mai probabil, la proiectarea unei drone care să utilizeze cât mai puțină energie, să consume cât mai puțin bateriile și, implicit, să zboare o perioadă mai mare de timp. Ideea de la care au pornit cercetările în laboratorul MAVLab al universității TU Delft (Technische Universiteit Delft), din orașul olandez al cărui nume l-a preluat, a fost relativ simplă și a devenit sloganul proiectului. Echipa de oameni de știință a definit întrebarea, în care se găsește și răspunsul, „Ce inspirație poate fi mai potrivită decât păsările pentru proiectarea unei drone care să zboare eficient?”, ca temă directoare a studiului (futurism.com). În clasamentul QS World University Rankings realizat în fiecare an de renumita firmă britanică specializată în analiza și ierarhizarea instituțiilor de învățământ superior la nivel global, Quacquarelli Symonds (QS), Universitatea de Tehnologie Delft se alfă printre primele zece universități de inginerie și tehnologie din lume, iar în domeniile arhitectură și inginerie civilă ocupă locul doi, după MIT (Massachusetts Institute of Technology), universitatea de cercetare din orașul Cambridge, statul Massachusetts, Statele Unite. MAVLab (abreviere de la Micro Air Vehicle Laboratory), unitatea de cercetare a Facultății de Inginerie Aerospațială din cea mai veche și mai mare universitate tehnică din Țările de Jos (TU Delft), are ca obiect de activitate „dezvoltarea diferitelor drone” (tudelftroboticsinstitute.nl). Ținând cont de soluția oferită de „tema de bază” și imitând „tehnicile creaturilor zburătoare din natură”, cercetătorii echipei MAVLab au proiectat „o dronă înaripată care se poate ridica aproape fără efort în comparație cu alte aeronave similare”, iar  pentru a rămâne în aer „nu are nevoie de zbor cu motor aproape niciodată”. Folosind un algoritm care preia informații printr-o serie de senzori speciali, inclusiv unul pentru viteza și direcția aerului, un sistem de orientare GPS și o cameră, drona cu aripi fixe (fixed-wing) caută curenții de aer favorabili asemenea unui condor andin (Vultur Gryphus). Aceste metode specifice de zbor au fost numite de cercetători „planare orografică” sau „ascensiune orografică”. La întâlnirea unui obstacol deosebit de înalt, de exemplu un lanț montan perpendicular pe direcția vântului, se crează un curent ascendent de aer în apropierea vârfului, pe care „păsările gigant” îl pot exploata. Când peretele aproape vertical este și sub bătaia vântului și direct a razelor calde ale soarelui, se nasc două efecte care se completează, generând o ascensiune termo-dinamică a aerului. Pentru păsări, aceasta are ca rezultat zborul fără efort fizic de-a lungul crestei unui lanț muntos, numit „zbor la pantă”, „zbor dinamic” sau „ridicare orografică”. Cu o anvergură de 3,3 metri și o greutate de până la 15 kg, condorul aldin se ridică și zboară la mare înălțime pentru a descoperi și ataca prada sau pentru a-și hrăni puii din cuiburile „instalate” pe versanții munților Anzi la altitudini între 3.000 și 5.000 de metri deasupra nivelului mării. Dată fiind greutatea și dimensiunile, „cea mai dificilă parte a zborului este decolarea” (incredibilia.ro). Rezultatele studiului privind condorul andin au fost publicate în jurnalul din Statele Unite „Proceedings of the National Academy of Sciences” (abreviat PNAS) după multe luni de supraveghere, observații și analiză a înregistratoarelor de zbor, echipamente atașate unui număr de „opt condori din Patagonia pentru a le înregistra fiecare bătaie din aripă pe parcursul a peste 250 de ore de zbor”, după cum relata și un articol din importanta publicație on-line cu informații la zi din știință, istorie, tehnologie, natură, călătorii și altele, descopera.ro. În concluzia studiului, descris pe site-ul pnas.org, se arată, „Cea mai mare pasăre din lume care se avântă în înaltul cerului bate din aripi doar unu la sută din timpul de zbor”. Este singura pasăre care „poate zbura pe distanțe foarte lungi”. Un exemplar a zburat planat mai mult de 5 ore și „a parcurs 100 de mile (160 km) fără să bată din aripi” (theguardian.com). Ceea ce fac păsările pentru a se înălța, „călărind” pe un curent de aer ascendent și menținând o poziție stabilă, a încercat să imite, experimental deocamdată, echipa de la MAVLab din TU Delft. Potrivit studiului publicat la începutul lunii trecute (august 2023) pe site-ul arxiv.abs, „o dronă de forma unei păsări, în greutate de aprox. 1,5 kg, s-a folosit de elice doar 0,25 la sută din timpul petrecut plutind pe loc într-un tunel de vânt, în timp ce zborul normal cu motor necesită 38 %” (arxiv.org). La un calcul simplu, rezultă că s-a folosit energie de peste 150 de ori mai puțin timp, „este o creștere destul de puternică a eficienței” (futurism.com). Avantajul pe care îl au păsările mari, și care s-a încercat să-i fie „transferat” dronei, este înțelegerea intuitivă a vântului, altfel spus, „exploatarea rafalelor așa cum un căpitan face cu pânzele goeletei”. Cercetătorii de la MAVLab au proiectat un algoritm pentru a ajusta autonom drona în funcție de direcția schimbătoare a vântului. Autorul principal al studiului, Sunyou Hwang, inginer aerospațial la TU Delft din Țările de Jos, a declarat pentru revista New Scientist că, „drona încearcă să găsească o poziție nouă dacă cea actuală nu funcționează bine, este foarte flexibilă”. Deși timpul de zbor în tunel nu a fost mai mare de 30 de minute, este totuși „o durată impresionantă pentru cât de simplă a fost drona și pentru cât de puțină propulsie a fost necesară” (futurism.com). Articolul de pe acest site redă și afirmația pentru aceeași publicație a profesorului din Departamentul ACSE (Department of Automatic Control and Systems Engineering) al Universității din Sheffield (University of Sheffield), Marea Britanie.

Dr Jonathan Aitken consideră că, „Rezultatele sunt promițătoare și pot fi utilizate la dronele mici cu aripi fixe, dar algoritmul trebuie să răspundă mai rapid ca drona să reacționeze la puterea reală a vântului”. Cercetările nu se vor opri, iar rezultatele vor fi aduse, cu certitudine, în atenția curioșilor. Va urma.