Drona rezistentă, „supraviețuiește” după un impact

March 2017

Inspirată de structura unor insecte, sUAV nu se strică la coliziune, își adună piesele, se ridică și zboară

O echipă de cercetători din Elveția a construit un prototip de sUAV (small Unamanned Aerial Vehicle) cu un cadru elastic, flexibil. Aparatul poate reveni imediat la forma inițială și să se ridice în zbor după ce s-a deformat într-un accident involuntar. Distrugerile sunt eliminate total sau cel puțin reduse. Chiar dacă o dronă nu are defecte hardware sau erori de software, pot apare greșeli de operare, uneori chiar și la piloții experimentați. Cele mai multe sUAV sunt realizate din plastic ușor sau din fibră de carbon, materiale excelente pentru zbor, dar care se crapă la o „aterizare” necontrolată, rămânând la pământ. Pe site-ul gizmodo.com se scrie, „Cum sunt moartea și taxele, accidentele cu drone sunt practic inevitabile”. De acum, nu mai este nevoie să se construiască drone solide, care să aibă un cadru de protecție incomod, sau care să fie dotate cu sisteme costisitoare de evitare a obstacolelor. După un impact, unele elemente ale UAV, cum ar fi aripile, se pot înlocui ușor, când se rup, iar la un quadcopter, care nu are aripi, elicele sunt destul de ieftine. Indiferent de model, celelalte elemente pot duce la pagube costisitoare, în urma unor lovituri. S-a găsit o soluție alternativă. Recent, cercetătorii de la NNCR (National Centre of Competence in Research) Robotics, componenta pentru cercetare a SNSF (Swiss National Science Foundation), și Floreano Lab (cunoscut și ca Laboratory of Intelligent Systems – LIS) din cadrul EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne), au prezentat noua lor abordare, quadcopter-ul flexibil. Proiectul arată „un nou tip de fuselaj, cu un cadru elastic, de care se fixează nucleul central rigid, utilizând o serie de magneți”. Pentru sUAV, nu mai contează dacă vine în contact cu un obiect dur din mediul în care zbară, nu se rupe în momentul coliziunii. Când se lovește de ceva dur, partea centrală se separă de cadrul exterior, care este suport pentru elice. Rama, din material vâscos, se deformează cu ușurință, se comprimă și se extinde pentru a amortiza impactul. Drona, „după ce își revine”, reia forma originală și zboară. Se comportă ca o viespe care pare a se dezmetici după o izbitură de fereastră. Imaginile foto prezentate și spotul video postat pe www.youtube.com sunt concludente. Cercetătorii, experți în sisteme inteligente, au afirmat că s-au inspirat de la proprietățile aripilor unor insecte, de la sistemul biomecanic al acestora. Conceptul și strategia sunt descrise în lucrarea „Reziliența mecanică pentru multicopter, inpirată de insecte” („Insect-Inspired Mechanical Resilience for Multicopters”), publicată în biblioteca digitală IEEE Xplorer® (vol. 2 apărut în IEEE Robotics and Automation Letters), autori fiind trei oameni de știință de la EPFL, Stefano Mintchev, Sébastien Douglas de Rivaz și Dario Floreano. Din titlu reies atât subiectul (multicopter), caracteristica principală (reziliența, proprietatea unui material de a rezista la șocuri; dexonline.ro), cât și ființele de la ale căror însușiri s-au orientat (insectele). Site-ul dronelife.com consideră că, „Toți am privit acei gândaci zburători rezistenți, cei care par să supraviețuiască indiferent de câte ori sunt pocniți sau de cât de multe ferestre se lovesc”, și lansează întrebarea, „Ce ar fi dacă s-ar putea obține același nivel de rezistență la o dronă?”. De foarte multe ori este indicat să se „fure” idei din natură, asta fiind premisa studiului publicat pe 25 ianuarie 2017. Aplicațiile din domeniul roboticii, care preiau modele din mecanica animalelor, mai ales a insectelor și păsărilor, nu sunt ceva nou. Această sursă de inspirație a apărut de mulți ani. Revista on-line www.dronele.ro a descris în amănunt astfel de realizări din domeniul UAV (vezi, articolele dronele-in-ajutoul-naturii-polenizarea-artificiala-1/ și dronele-in-ajutorul-naturii-polenizarea-artificiala-2/, cea-mai-mica-drona-autonoma-din-lume/ sau bat-bot-drona-ultrausoara-care-imita-zborul-liliacului/). Site-ul techxplore.com reia o afirmație a lui Tracey Lien, reporter pentru tehnologie și Silicon Valley la cotidianul Los Angeles Times, care spune că, „Mulți roboți au fost construiți cu scopul de a înțelege mai bine mișcările insectelor”.

Se pare că viespile au o îmbinare flexibilă unică a aripilor, care le permite să rămână rigide în timpul zborului dar, în cazul unei coliziuni, să se deformeze temporar. Dacă o viespe se lovește de ceva, în timp ce bate din aripi, membrana subțire nu se va rupe iremediabil, lăsând insecta în imposibilitatea de a zbura. „Proprietățile de rigiditate duale, observate la aripile insectelor, au fost folosite de cercetătorul Stefano Mintchev, conducător al proiectului, la modelarea sUAV quadcopter”, se arată într-un articol de știri emis de EPFL. Aripile viespilor conțin două elemnte de bază. Primul este îmbinarea flexibilă din resilin, o proteină elastică și moale, care le conferă elasticitate, specifică insectelor. În urmă cu aproximativ trei ani, se anunța că profesorul Kristi Kiick, de la Universitatea din Delaware, Newark, cercetează modul de utilizare al acestor proteine maleabile în scopuri medicale. Al doilea element este membrana rigidă și rezistentă, din porțiunea portantă, numit cuticulă. La dronă, pentru cadrul exterior al carcasei centrale, s-a folosit fibră de sticlă subțire, de numai 0,3 mm (0,01 inch), care face structura moale, flexibilă și rezistentă. Această ramă elastică și 4 brațe, prinse cu 4 articulații cu câte 2 magneți, susțin cele 4 propulsoare. Pe site-ul actu.epfl.ch este descris în detaliu modul cum funcționează. Pe scurt, „În timpul zborului magneții mențin cadrul în poziție rigidă. La un impact magneții se desprind, iar rama se deblochează și trece într-o stare liberă, flexibilă, fără a fi afectat corpul din centrul aparatului. După coliziune, magneții repoziționează (aliniază) articulațiile și cadrul. Drona este din nou gata de zbor”. Se poate compara cu insectele, este rigidă în secțiunile portante și flexibilă la nivelul articulațiilor. Prototipul s-a dovedit foarte elastic, atât după ce s-a lovit de pereți cât și când a căzut de la înălțimi acceptabile, se arată pe site-ul newatlas.com. Drona a fost testată prin căderi repetate de la o înălțime de 2 m. Articulațiile magnetice s-au decuplat complet la impact, după care au revenit, în mod automat, la configurația de zbor. După mai mult de 50 teste drona nu a avut nici un prejudiciu permanent. Mai mult, „Design-ul arată că nu există o limitare la configurația quadcopter”. Principiul poate fi aplicat și la sUAV cu mai multe rotoare.

Tags