Naukowcy z EPFL’s School of Engineering we współpracy z Uniwersytetem Kalifornijskim w Irvine opracowali innowacyjnego drona o nazwie RAVEN (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments), który dzięki nogom inspirowanym anatomią ptaków potrafi chodzić, skakać oraz rozpoczynać lot. To przełomowe rozwiązanie otwiera nowe możliwości dla bezzałogowych pojazdów latających, umożliwiając im operowanie w trudnych i niedostępnych dotąd terenach.
Tradycyjne drony wielowirnikowe, takie jak popularne quadkoptery, charakteryzują się zdolnością do pionowego startu i lądowania, co pozwala im operować na ograniczonej przestrzeni. Niemniej jednak ich konstrukcja oparta na wielu silnikach sprawia, że są mniej efektywne energetycznie w porównaniu z dronami o stałych skrzydłach, które wykorzystują jeden silnik i szybowanie do lotu. Z kolei drony o stałych skrzydłach zazwyczaj wymagają pasa startowego lub specjalnych wyrzutni do startu, co ogranicza ich zastosowanie w trudnym terenie.
RAVEN czerpie inspirację z ptaków, takich jak kruki i wrony, które z łatwością poruszają się zarówno w powietrzu, jak i na ziemi. Wyposażony w nogi przypominające ptasie, dron potrafi chodzić, przeskakiwać przeszkody oraz skakać w powietrze, nie potrzebując do tego pasa startowego. Jak zauważa Won Dong Shin, doktorant w Laboratorium Systemów Inteligentnych EPFL, ptaki mogą płynnie przechodzić od chodzenia przez bieganie do lotu i z powrotem, bez potrzeby korzystania z pasa startowego czy wyrzutni.
Zaprojektowanie nóg dla RAVEN-a było sporym wyzwaniem, gdyż należało zachować równowagę między ich funkcjonalnością a masą całkowitą drona. Zespół badawczy zastosował kombinację modeli matematycznych, symulacji komputerowych oraz eksperymentów, aby osiągnąć optymalny balans między złożonością nóg a wagą urządzenia, wynoszącą 0,62 kg. Konstrukcja nóg utrzymuje cięższe komponenty blisko korpusu, a połączenie sprężyn i silników naśladuje silne ptasie ścięgna i mięśnie. Lekkie stopy, składające się z dwóch ruchomych struktur, wykorzystują pasywny elastyczny staw, co umożliwia różnorodne postawy podczas chodzenia, skakania i podskoków.
RAVEN potrafi chodzić z prędkością jednego metra w niecałe cztery sekundy, przeskakiwać szczeliny o szerokości 12 cm oraz wskakiwać na przeszkody o wysokości 26 cm. Podczas startu jego nogi umożliwiają osiągnięcie wysokości prawie 0,5 metra i prędkości 2,2 m/s. Dzięki temu dron może operować w trudnym terenie, gdzie tradycyjne drony ze standardowym podwoziem kołowym miałyby problemy. Co więcej, RAVEN nie wymaga interwencji człowieka do ponownego startu, co czyni go idealnym do misji w niebezpiecznych lub trudno dostępnych miejscach.
Badania nad RAVEN-em wykazały, że skakanie do lotu jest najbardziej efektywną metodą startu, wykorzystującą zarówno energię kinetyczną, jak i potencjalną. W porównaniu z innymi metodami, takimi jak start z pozycji stojącej, skok pozwala na szybsze i bardziej stabilne przejście do lotu. Jak podkreśla profesor Dario Floreano, kierownik Laboratorium Systemów Inteligentnych EPFL, tłumaczenie ptasich nóg i stóp na lekki system robotyczny stanowiło wyzwanie projektowe, integracyjne i kontrolne, które ptaki elegancko rozwiązały w toku ewolucji. Doprowadziło to nie tylko do stworzenia najbardziej multimodalnego drona ze skrzydłami do tej pory, ale także rzuciło światło na energetyczną efektywność skoku do startu zarówno u ptaków, jak i dronów.
Zdolności RAVEN-a otwierają nowe możliwości w dziedzinach takich jak inspekcje, działania ratunkowe czy dostawy w trudno dostępnych miejscach. Dzięki umiejętności poruszania się po nierównym terenie i startu z ograniczonych przestrzeni bez interwencji człowieka, dron ten może być wykorzystywany w sytuacjach, gdzie tradycyjne drony zawodzą. Zespół z EPFL pracuje nad ulepszeniem konstrukcji i kontroli nóg, aby ułatwić lądowanie w różnych środowiskach.
Z biologicznego punktu widzenia skrzydła ptaków są odpowiednikiem przednich nóg u czworonogów lądowych, ale niewiele wiadomo o koordynacji nóg i skrzydeł u ptaków, nie mówiąc już o dronach. Jak podkreśla profesor Floreano, wyniki te stanowią dopiero pierwszy krok w kierunku lepszego zrozumienia zasad projektowania i kontroli multimodalnych zwierząt latających oraz wykorzystania tych osiągnięć do tworzenia nowych generacji zwinnych i energetycznie efektywnych dronów.
RAVEN to nie tylko krok naprzód w technologii dronów, ale także przykład, jak inspiracja naturą może prowadzić do innowacyjnych rozwiązań inżynieryjnych. RAVEN ma szansę stać się początkiem nowej filozofii projektowania dronów – ten nieszablonowy pomysł świetnie obrazuje, że natura, będąca mistrzynią ewolucji, może inspirować do tworzenia maszyn przekraczających granice współczesnej inżynierii.
źródło: epfl.ch
Dodaj komentarz