БПЛА осваивают высокоточные задачи в полете
Исследователи из Университета Вестлейк в Китае разработали систему FlyingToolbox, которая позволяет микродронам (MAVs) обмениваться инструментами во время полета с точностью до сантиметра, даже при сильном ветре. Эта инновация обещает полностью трансформировать процесс выполнения опасных задач, таких как обслуживание высотных зданий, ликвидация последствий чрезвычайных ситуаций и промышленное строительство, где доступ для человека ограничен или вообще невозможен.
Долгое время полеты БПЛА в плотных формациях затруднял “downwash” – мощный нисходящий поток воздуха от пропеллеров. Когда один дрон зависает непосредственно над другим, скорость воздуха может превышать 13 м/с, создавая силу до 25 ньютонов (40% веса дрона). Ранее такая турбулентность ограничивала точность стыковки до 6-8 см, что делало обмен предметами в воздухе ненадежным.
Система FlyingToolbox разрушает эти ограничения. Она сочетает в себе два специализированных микродрона: нижний “toolbox” дрон, который переносит несколько предметов на эластичных тросах, и верхний “manipulator” дрон с роботизированной рукой. Вдохновением для такой комбинации стала работа хирургической команды, где медсестра подает инструменты врачу. Такое взаимодействие обеспечивает бесперебойный рабочий процесс в воздухе.
В основе системы лежит нейросетевая модель, которая прогнозирует и компенсирует нарушения, вызванные нисходящим потоком воздуха, в режиме реального времени. С помощью визуального отслеживания QR-кода дроны достигают точного выравнивания даже в условиях атмосферной турбулентности. Стыковка происходит с помощью электромагнитных соединителей с эластичными тросами, которые поглощают погрешности выравнивания и обеспечивают надежную передачу инструментов.
Во время тестирования система достигла точности стыковки 0,80 ± 0,33 см даже при скорости downwash до 13,18 м/с. FlyingToolbox успешно выполнила 20 последовательных испытаний стыковки, сохраняя точность и повторяемость. Это существенно превышает возможности предыдущих систем.
Эксперименты варьировались от стационарного обмена инструментами до последовательностей с дронами в движении. Многоэтапные задачи имитировали реальные сценарии, такие как последовательные ремонты, со 100% успехом. Надежность системы проявилась в формациях на зависании, где БПЛА распределяли работу как скоординированная команда.
Хотя испытания проводились в контролируемых лабораторных условиях, исследователи считают, что технологию можно адаптировать для реальных условий, позволяя дронам выполнять автономную дозаправку, доставку материалов и обмен инструментами в полете. Такие достижения могут трансформировать использование беспилотников в промышленном обслуживании, строительстве и ликвидации последствий катастроф, позволяя нескольким дронам совместно работать в воздухе как единый механизм, способный выполнять сложные скоординированные миссии.
Команда Университета Вестлейк продолжает совершенствовать систему FlyingToolbox. Будущие обновления предусматривают совместимость с несколькими инструментами, совершенствование роботизированных манипуляторов с большей свободой движений и алгоритмы, устойчивые к воздействию воздушных потоков.
Проекты, такие как FlyingToolbox и платформа разработки ИИ для БПЛА от QuData, отражают более широкий тренд в современной робототехнике – переход к адаптивным, многофункциональным системам, которые могут автоматически подстраиваться под различные условия и задачи. Эта эволюция сочетает в себе точное машиностроение, умное управление и быстрое принятие решений в реальном времени, повышая эффективность и устойчивость в различных отраслях промышленности.
Инженеры QuData совершенствуют navigation and coordination technologies for GPS-denied environments, обеспечивая работоспособность дронов даже в случае потери спутникового сигнала, например в зонах стихийных бедствий, городских каньонах или подземных помещениях. Эти системы играют важную роль в реагировании на чрезвычайные ситуации, мониторинге инфраструктуры и миссиях воздушной поддержки, где автономность и ситуационная осведомленность могут иметь решающее значение. Вместе такие разработки расширяют границы возможностей автономной воздушной робототехники в реальных условиях.