Технології
Технології

Дрон з м’якими ніжками підхопив вантаж та полетів далі

Квадрокоптер навчився на льоту підхоплювати вантаж, не зупиняючися перед ним. Дрон успішно справився із 21 випробуванням з 23 завдяки захопленню із м’якими сухожиллями — вони компенсували силу удару від предмета та допомогли коптеру не втрачати його у польоті. Розробку американські інженери представили на конференції IROS 2021, а детальніше про успіхи дрона можна почитати у препринті на arXiv.org.

Випробування дрона. MIT SPARK Lab / YouTube

Випробування дрона. MIT SPARK Lab / YouTube

Навіщо дронам хапати предмети у польоті?

Безпілотні літальні апарати вже набагато частіше зустрічаються у житті й з покращенням своїх навігаційних навичок та збільшенням заряду акумулятора, їх стає все набагато привабливіше використовувати не лише для знімання панорам у повітрі або просто для розваги. Так деякі компанії з доставки вже цікавляться дронами як перспективною заміною вантажівкам, листоношам та кур’єрам.

Однак, ефективність використання коптерів знижується, якщо брати до уваги те, що вантаж до них все одно доведеться комусь кріпити та слідкувати за тим, як вони справляються. Так деякі пропонують використовувати спеціальні стикувальні конструкції, перенесення вантажу гнучкими тросами або самостійне захоплення предметів дронами за допомогою маніпуляторів. У своїй роботі вчені вирішили поєднати можливості м’якої робототехніки з перспективністю використання дронів у доставці.

Чому інженери вирішили «пом’якшити» дрон?

Через свої розміри дрони все ж мають обмеження на корисне навантаження, тож доведеться обирати між складними маніпуляторами та їхніми підйомними можливостями. Відносно прості конструкції обмежують інженерів у можливості позбавитися помилок позиціонування квадрокоптера під час захоплення предметів. Жорсткі захоплення й самі впливають на дрон додатковими силами від зіштовхування з вантажем та можуть порушити баланс та дестабілізувати політ коптера. Це можна компенсувати, знижуючи швидкість, з якою дрон підлітатиме до предметів та хапатиме їх, однак у такому випадку ми знову ж таки знижуємо ефективність, збільшуючи необхідний для роботи час. Тож інженери вирішили звернутися до птахів, які покладаються на гнучкість своїх «маніпуляторів» та досить продуктивно хапають щось завдяки пасивному пристосуванню до особливостей своєї цілі.

Як коптер хапатиме вантаж?

У своїй статті вчені представили перший прототип м'якого дрона, де традиційне шасі замінили чотирма силіконовими ніжками та 16 сухожиллями. В основі кожної опори є мотор, який натягує трос-сухожилля та дає змогу конструкції згинатися подібно до того, як вигинаються пальці на руці. Дрон має чотири унікальні довжини кожної ніжки, що дає змогу запобігти їхньому скручуванню та швидко адаптуватися до змін в середовищі як-то хитання предмета або зміна маси. Модифікований коптер, так само як інші подібні конструкції, літає за допомогою чотирьох двигунів та ґвинтів.

MIT SPARK Lab / YouTube

Як коптер справився із завданням?

У проведених експериментах з підйомом вантажу дрон успішно справився з 21 з 23 випробувань на швидкості до двох метрів на секунду, враховуючи, що форма предмета йому була невідома. За словами дослідників, за тих же умов дрон із жорстким маніпулятором вийшов би із ладу та зробив би більшу кількість помилок. Інженери вказують, що ключовим фактором успіху дрона є використання адаптивного контролера, який компенсував аеродинамічні ефекти та силову відповідь від контакту із вантажем. Також м’якість захоплення забезпечило краще прилягання маніпулятора до цілі під час захоплення. У майбутньому вони планують навчити дрон хапати речі на більшій швидкості, а також вміти взаємодіяти з рухомими платформами.