Ice Dart — квадрокоптер, созданный исследователями Университета Шербрука в Квебеке для решения проблемы, которая годами тихо ограничивала дроны в науке: в самых суровых местах планеты им попросту негде безопасно приземлиться.
The Ice Dart is the first drone able to land on an icy steep wall Université de Sherbrooke
Особенно плох в этом смысле лёд. Обычные дроны на резиновых опорах начинают терять сцепление уже на склонах в 9 градусов, а чем круче уклон, тем меньшая часть собственного веса аппарата прижимает его к поверхности: на 60-градусной стене гравитация удерживает машину лишь половиной обычной силы. Ice Dart переворачивает задачу и, согласно новой статье команды в IEEE Transactions on Field Robotics, становится первым дроном, способным закрепиться на льду такой крутизны и удержать позицию.
Аппарат принадлежит к более широкому направлению в робототехнике, которое называют перчингом, — подходу, заимствованному у природы, где дронам пытаются дать способность цепляться за поверхности, как это делают птицы, насекомые и гекконы. Вместо того чтобы жечь батарею в бесконечном зависании, такой дрон садится, выключает самые шумные системы и превращается в стационарный датчик на любой нужный срок. Существуют версии, хватающиеся за ветки, липнущие к шероховатым стенам и даже цепляющиеся за движущийся транспорт, но лёд — особенно крутой и непредсказуемый ледниковый — оставался одним из самых упорных рубежей.
«Идея убирающихся шипов в лапах пришла от наблюдения за кошачьими когтями и их способностью выпускаться только тогда, когда нужно, — рассказывает Айзек Танни, постдок кафедры машиностроения и робототехники и первый автор исследования. — Мне хотелось создать лапы, которые естественно и пассивно вонзали бы шипы в лёд в правильный момент — независимо от ориентации дрона, геометрии поверхности и состояния льда».
Работают вместе три технологии. Каждая из четырёх углепластиковых лап, расположенных X-образно (общая масса аппарата — 2,65 кг), заканчивается опорой с двумя подпружиненными шипами, направленными в противоположные стороны. Садитесь носом вверх по склону — срабатывает один шип, носом вниз — другой, и пилоту не нужно вычислять идеальный угол захода.
Второй элемент — амортизирующее шасси из 38 фрикционных дисков, поглощающих удар, чтобы дрон не отскочил. Отскок был бы фатален для всего замысла: шипы вгрызаются, только пока лапы остаются прижатыми ко льду. Третий приём похож на фокус: на долю секунды в момент касания моторы реверсируют тягу, физически вдавливая аппарат в стену и помогая шипам зайти. Именно это решает дело на самых крутых склонах, где одной гравитации не хватает.
It can grip onto ice walls angled up to 60 degrees Université de Sherbrooke
Дрон испытали в реальных условиях, отлетав на исландском леднике Фьяльсйёкюдль при температуре от 0 до 10 °C и порывах ветра свыше 30 км/ч. Он выполнил 24 чистые посадки на склонах до 58 градусов со стопроцентным успехом даже на ветру. В более контролируемых лабораторных тестах машина справлялась с уклонами до 60 градусов при скорости приземления 3 м/с.
Эта возможность открывает дорогу принципиально новому виду арктического мониторинга. Зависший дрон расходует батарею за минуты, а сидящий способен оставаться на месте часами и сутками, работая стационарным датчиком вместо прожорливого летуна. Авторы отмечают применимость от слежения за айсбергами и морской безопасности до экологических исследований и наблюдения за Арктикой в целом — в регионе, где судоходство и морские работы уходят всё дальше на север. Дрейфующий айсберг представляет серьёзную угрозу для нефтяных платформ и судоходных маршрутов, а следить за ним до сих пор было дорого и неудобно: обычно приборы сбрасывали с вертолёта или судна и надеялись, что они лягут удачно.
«Способность садиться, а не висеть, может принципиально изменить то, как дроны используются в поле, — говорит профессор инженерии Алексис Люсье Дебьен, соавтор работы. — После посадки энергопотребление резко падает, что позволяет вести куда более длительные наблюдения небольшим аппаратом. Дрон также становится полностью бесшумным и может снизить или устранить тепловую и радиочастотную сигнатуру, отключив основные бортовые системы».
Оговорки остаются. Испытания в Исландии по-прежнему опирались на живого пилота при поддержке второго дрона для визуального контроля — о полной автономности речи пока нет. Не проверялся Ice Dart и на по-настоящему дрейфующем айсберге в открытой воде, то есть в сценарии, где он был бы полезнее всего. Закрыть этот пробел и добавить автономную посадку — следующий логичный шаг перед тем, как многообещающий полевой прототип станет рабочим инструментом арктического мониторинга.
Источник: IEEE Xplore через IEEE Spectrum
