stringtranslate.com

Микро-воздушный транспорт

RQ -16 T-Hawk , микровоздушный аппарат (MAV), пролетает над смоделированной боевой зоной во время оперативного испытательного полета.
Скриншот моделирования MAV размером с шмеля, предложенного ВВС США в 2008 году [1]

Микровоздушный аппарат ( МАВ ) , или микролетательный аппарат , представляет собой класс портативных миниатюрных БПЛА , размер которых позволяет использовать их в операциях поддержки на малой высоте и с близкого расстояния. [2] Современные MAV могут иметь размер всего 5 сантиметров — сравните Nano Air Vehicle . Движущей силой развития являются коммерческие, исследовательские, правительственные и военные организации; [ нужна цитата ] с самолетами размером с насекомое , как сообщается, ожидается в будущем. [3] Малые суда позволяют осуществлять дистанционное наблюдение за опасными средами или зонами, недоступными для наземных транспортных средств. Любители разработали MAV [4] для таких приложений, как соревнования по воздушной робототехнике и аэрофотосъемка . [5] MAV могут предлагать автономные режимы полета. [6]

Практическая реализация

В 2008 году Делфтский технический университет в Нидерландах разработал самый маленький орнитоптер, оснащенный камерой, DelFly Micro, третью версию проекта DelFly, начатого в 2005 году. Размер этой версии составляет 10 сантиметров, а вес - 3 грамма, что немного больше (и более шумно). ), чем стрекоза, по которой он был смоделирован. Важность камеры заключается в возможности дистанционного управления, когда DelFly находится вне поля зрения. Однако эта версия еще не прошла успешные испытания на улице, хотя в помещении она работает хорошо. Исследователь Дэвид Лентинк из Университета Вагенингена , принимавший участие в разработке предыдущих моделей DelFly I и DelFly II, говорит, что потребуется не менее полувека, чтобы имитировать возможности насекомых с их низким энергопотреблением и множеством датчиков — не только глаза, но и гироскопы , датчики ветра и многое другое. Он говорит, что орнитоптеры размером с муху могут быть созданы при условии, что хвост будет хорошо спроектирован. Рик Руйсинк из Делфтского технического университета называет вес батареи самой большой проблемой; Литий -ионная батарея в DelFly micro весом один грамм составляет треть веса. К счастью, развитие в этой области все еще идет очень быстро из-за спроса в различных других коммерческих областях.

Руйсинк говорит, что цель этих аппаратов — понять, как летают насекомые, и обеспечить их практическое использование, например, полеты через трещины в бетоне в поисках жертв землетрясения или исследование радиоактивно загрязненных зданий. Шпионские агентства и военные также видят потенциал в таких небольших транспортных средствах, как шпионы и разведчики. [7]

Роберт Вуд из Гарвардского университета разработал орнитоптер еще меньшего размера, всего 3 сантиметра, но этот аппарат не является автономным, поскольку получает энергию через провод. Группа осуществила управляемый полет в режиме зависания в 2013 году [8] , а также приземления и взлеты с различных выступов в 2016 году [9] (оба в среде отслеживания движения).

T -Hawk MAV , микро- БПЛА с канальным вентилятором вертикального взлета и посадки, был разработан американской компанией Honeywell и принят на вооружение в 2007 году. Этот MAV используется подразделением по борьбе с взрывоопасными веществами армии и ВМС США для поиска мест на наличие придорожных бомб и проверки цели. Устройство также было развернуто на атомной электростанции Фукусима-дайити в Японии для видеосъемки и измерения радиоактивности после землетрясения и цунами в Тохоку в 2011 году . [10]

В начале 2008 года Honeywell получила разрешение FAA на эксплуатацию своего MAV, получившего обозначение gMAV, в национальном воздушном пространстве на экспериментальной основе. gMAV является четвертым MAV, получившим такое одобрение. Honeywell gMAV использует канальную тягу для подъемной силы, что позволяет ему взлетать и приземляться вертикально, а также зависать. По заявлению компании, он также способен совершать «высокоскоростной» полет вперед, но данные о его характеристиках не разглашаются. Компания также заявляет, что машина достаточно легкая, чтобы ее мог переносить человек. Первоначально он был разработан в рамках программы DARPA , и ожидается, что его первоначальное применение будет осуществляться в полицейском управлении округа Майами-Дейд, штат Флорида . [11]

В январе 2010 года Университет Тамканга (TKU) на Тайване реализовал автономное управление высотой полета 8-граммового MAV с машущим крылом шириной 20 сантиметров. Лаборатория МЭМС (МИКРО-ЭЛЕКТРО-МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ) ТКУ в течение нескольких лет занималась разработкой МАВ, а в 2007 году к исследовательской группе по разработке автономных летных МАВ присоединилась лаборатория динамики космоса и полета (СФД). Вместо традиционных датчиков и вычислительных устройств, которые слишком тяжелы для большинства MAV, SFD объединил систему стереовидения с наземной станцией для контроля высоты полета, [12] [13] что сделало его первым MAV с машущим крылом до 10 лет. грамм, реализовавший автономный полет.

Черный Шершень Нано

В 2012 году британская армия направила шестнадцатиграммовый беспилотный летательный аппарат Black Hornet Nano в Афганистан для поддержки пехотных операций. [14] [15]

Практические ограничения

Хотя в настоящее время не существует настоящих MAV (то есть по-настоящему микромасштабных летательных аппаратов), DARPA предприняло попытку разработать программу по разработке еще меньших по размеру нановоздушных транспортных средств (NAV) с размахом крыльев 7,5 сантиметров. [16] Однако ни один NAV, отвечающий первоначальной спецификации программы DARPA, не появился до 2009 года, когда AeroVironment продемонстрировала управляемое зависание NAV DARPA с машущим крылом. [17]

Помимо трудностей с разработкой MAV, лишь немногие проекты адекватно решают проблемы контроля. Небольшой размер MAV делает телеуправление непрактичным, поскольку пилот наземной станции не может видеть его на расстоянии более 100 метров. Бортовая камера, позволяющая наземному пилоту стабилизировать и управлять кораблем, была впервые продемонстрирована в Aerovironment Black Widow, но настоящие микролетательные аппараты не могут нести бортовые передатчики, достаточно мощные, чтобы обеспечить дистанционное управление. По этой причине некоторые исследователи сосредоточились на полностью автономном полете MAV. Одним из таких устройств, которое с самого начала проектировалось как полностью автономный MAV, является биологический Entomopter, первоначально разработанный в Технологическом институте Джорджии по контракту DARPA Робертом К. Майкельсоном . [18]

Учитывая, что MAV могут управляться автономными средствами, продолжают существовать серьезные проблемы с тестированием и оценкой. [19] [20] Некоторые проблемы, с которыми можно столкнуться в физических транспортных средствах, решаются посредством моделирования этих моделей. [21]

Био-вдохновение

Новая тенденция в сообществе MAV — черпать вдохновение из летающих насекомых или птиц для достижения беспрецедентных летных возможностей. Биологические системы интересны инженерам MAV не только из-за использования нестационарной аэродинамики с машущими крыльями; они все больше вдохновляют инженеров на другие аспекты, такие как распределенное зондирование и действие, объединение датчиков и обработка информации. Недавние исследования в ВВС США были сосредоточены на разработке птичьего механизма сидения. Механизм наземного передвижения и сидения, вдохновленный птичьими когтями, был недавно разработан компаниями Vishwa Robotics и Массачусетским технологическим институтом при финансовой поддержке Исследовательской лаборатории ВВС США . [22]

С 2000 года все чаще проводятся различные симпозиумы, объединяющие биологов и специалистов по воздушной робототехнике [23] [24] , а недавно на эту тему было опубликовано несколько книг [25] [26] [27] . Биоинспирация также использовалась при разработке методов стабилизации и управления системами нескольких МАВ. Исследователи черпали вдохновение из наблюдаемого поведения косяков рыб и стай птиц, чтобы контролировать искусственные стаи MAV [28] [29] [30] [31] , а также из правил, наблюдаемых в группах перелетных птиц для стабилизации компактных образований MAV. [32] [33] [34] [35] [36]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Микровоздушный транспорт ВВС США с машущим крылом - YouTube
  2. ^ «Микровоздушный транспорт». НаукаДирект . Архивировано из оригинала 6 августа 2023 года . Проверено 6 августа 2023 г.
  3. ^ Сравните: Клапточ, Адам; Нику, Жан-Даниэль (23 октября 2009 г.). «Технология и производство сверхлегких микроавиационных аппаратов». Во Флореано, Дарио ; Зюфери, Жан-Кристоф; Шринивасан, Мандьям В .; Эллингтон, Чарли (ред.). Летающие насекомые и роботы. Берлин: Шпрингер. п. 298. ИСБН 9783540893936. Проверено 2 марта 2024 г. Самые легкие платформы для полета с минимумом функциональности весят менее 0,5 г, но исследователи мечтают летать размером с насекомое. Однако при сокращении существующих технологий возникает множество трудностей.
  4. ^ Проект хобби-мультикоптера MAV "Shrediquette BOLT", http://shrediquette.blogspot.de/p/shrediquette-bolt.html
  5. ^ «Расцвет микровоздушных транспортных средств» . Инженер . 10 июня 2013. Архивировано из оригинала 20 марта 2018 года . Проверено 19 марта 2018 г.
  6. ^ Перритт, Генри Х .; Спрэг, Элиот О. (13 сентября 2016 г.). Одомашнивание дронов: технология, право и экономика беспилотных летательных аппаратов. Абингдон: Рутледж. ISBN 9781317148357. Проверено 2 марта 2024 г. Судя по всему, время, необходимое для того, чтобы научиться успешно управлять микродроном, намного короче, чем время, необходимое для обучения управлению вертолетом или самолетом. Одной из важных причин являются автономные режимы полета, встроенные в большинство микродронов.
  7. ^ Шпионы размером с жука: США разрабатывают крошечных летающих роботов
  8. ^ Ма, Кентукки; Чирараттананон, П.; Фуллер, С.Б.; Вуд, Р.Дж. (2013). «Управляемый полет биологического робота размером с насекомое». Наука . 340 (6132): 603–607. Бибкод : 2013Sci...340..603M. дои : 10.1126/science.1231806. PMID  23641114. S2CID  21912409.
  9. ^ Грауле, Мориц А.; Чирараттананон, Пакпонг; Фуллер, Сойер Б.; Джафферис, Ной Т.; Ма, Кевин Ю.; Спенко, Мэтью; Корнблу, Рой; Вуд, Роберт Дж. (май 2016 г.). «Посадка и взлет роботизированного насекомого на свесах с использованием отключаемой электростатической адгезии». Наука . 352 (6288): 978–982. Бибкод : 2016Sci...352..978G. дои : 10.1126/science.aaf1092 . ПМИД  27199427.
  10. ^ "Микровоздушный транспорт Honeywell T-Hawk (MAV)" . Армейские технологии .
  11. ^ Honeywell получает одобрение FAA на MAV, Flying Magazine, Vol. 135., № 5, май 2008 г., с. 24
  12. ^ Ченг-Лин Чен и Фу-Юэнь Сяо *, Приобретение отношения с использованием методологии стереозрения , представлено в виде документа VIIP 652-108 на конференции IASTED 2009 г., Кембридж, Великобритания, 13–15 июля 2009 г.
  13. ^ Сен-Хуан Линь, Фу-Юэнь Сяо * и Ченг-Лин Чен, Управление траекторией MAV с машущим крылом с использованием визуальной навигации , принятое для презентации на Американской конференции по управлению 2010 г., Балтимор, Мэриленд, США, 30 июня. – 2 июля 2010 г.
  14. ^ "Мини-вертолетный дрон для британских войск в Афганистане" . Новости BBC . 3 февраля 2013 г.
  15. ^ «Миниатюрные вертолеты наблюдения помогают защитить войска на передовой» .
  16. ^ программа. Архивировано 10 февраля 2011 г. в Wayback Machine.
  17. ^ Беншерги, Дайна, «Обзор года: дизайн самолетов», Aerospace America, декабрь 2009 г., том 47, номер 11, Американский институт аэронавтики и астронавтики, стр. 17
  18. ^ Майкельсон, RC, «Мезомасштабный воздушный робот», Итоговый отчет по номеру контракта DARPA/DSO: DABT63-98-C-0057, февраль 2000 г.
  19. ^ Майкельсон, Р.К., «Испытание и оценка полностью автономных микровоздушных транспортных средств», Журнал ITEA, декабрь 2008 г., том 29, номер 4, ISSN 1054-0229, Международная ассоциация испытаний и оценки, стр. 367–374.
  20. ^ Бодду, Санджай К. и др. «Улучшенная система управления для анализа и проверки контроллеров движения транспортных средств с машущими крыльями». Технологии и приложения интеллекта роботов 2. Springer International Publishing, 2014. 557–567.
  21. ^ Сэм, Моника; Бодду, Санджай; Галлахер, Джон (2017). «Подход к динамическому пространству поиска для улучшения обучения на моделируемом микровоздушном транспортном средстве с машущим крылом». Конгресс IEEE по эволюционным вычислениям (CEC) 2017 г. IEEE. стр. 629–635. doi : 10.1109/cec.2017.7969369. ISBN 978-1-5090-4601-0.
  22. ↑ Хэмблинг, Дэвид (27 января 2014 г.). «Дрон с ногами может садиться на ветки деревьев и ходить, как птицы». Новый учёный . Проверено 6 августа 2023 г.
  23. ^ Международный симпозиум по летающим насекомым и роботам, Монте-Верита, Швейцария, http://fir.epfl.ch
  24. ^ Майкельсон, Р.С., «Новые перспективы биологически вдохновленных MAV (биомотивация, а не биомимикрия)», 1-я американо-азиатская конференция по демонстрации и оценке технологий MAV и UGV, Агра, Индия, 10–15 марта 2008 г.
  25. ^ Айерс, Дж.; Дэвис, Дж. Л.; Рудольф А., ред. (2002). Нейротехнологии для биомиметических роботов . Массачусетский технологический институт Пресс. ISBN 978-0-262-01193-8.
  26. ^ Зуфери, Ж.-К. (2008). Био-летающие роботы: экспериментальный синтез автономных внутренних летательных аппаратов. Пресса EPFL /CRC Press. ISBN 978-1-4200-6684-5.
  27. ^ Флореано, Д.; Зуфери, Ж.-К.; Шринивасан, М.В.; Эллингтон, К., ред. (2009). Летающие насекомые и роботы. Спрингер-Верлаг. ISBN 978-3-540-89392-9.
  28. ^ Саска, М.; Вакула, Дж.; Преусил, Л. Стаи микролетательных аппаратов, стабилизированные при визуальной относительной локализации. В ICRA2014: Материалы Международной конференции IEEE 2014 г. по робототехнике и автоматизации. 2014.
  29. ^ Саска, М. MAV-рои: беспилотные летательные аппараты, стабилизирующиеся на заданном пути с использованием бортовой относительной локализации. В материалах Международной конференции по беспилотным авиационным системам (ICUAS) 2015 г. 2015 год
  30. ^ Беннет, диджей; Макиннес, Ч.Р. Поддающийся проверке контроль над стаей беспилотных летательных аппаратов. Журнал аэрокосмической техники, том. 223, нет. 7, стр. 939–953, 2009.
  31. ^ Саска, М.; Чудоба Дж.; Преусил, Л.; Томас, Дж.; Лоянно, Г.; Треснак, А.; Вонасек, В.; Кумар, В. Автономное развертывание групп микроавиационных аппаратов при совместном наблюдении. В материалах Международной конференции по беспилотным авиационным системам (ICUAS) 2014 г. 2014.
  32. ^ Саска, М.; Касл, З.; Преусил, Л. Планирование движения и управление формированиями микролетательных аппаратов. В материалах 19-го Всемирного конгресса Международной федерации автоматического управления. 2014.
  33. ^ Барнс, Л.; Гарсия, Р.; Филдс, М.; Валаванис, К. Управление формированием роя с использованием наземных и воздушных беспилотных систем. Архивировано 13 августа 2017 г. на Wayback Machine на Международной конференции IEEE / RSJ по интеллектуальным роботам и системам. 2008.
  34. ^ Саска, М.; Вонасек, В.; Крайник, Т.; Преусил, Л. Координация и навигация разнородных групп БПЛА-УГВ, локализованных с помощью подхода «ястреб-глаз». Архивировано 10 августа 2017 г. на Wayback Machine . В материалах Международной конференции IEEE/RSJ 2012 года по интеллектуальным роботам и системам. 2012.
  35. ^ Саска, М.; Вонасек, В.; Крайник, Т.; Преусил, Л. Координация и навигация гетерогенных образований MAV-UGV, локализованных с помощью подхода «ястребьего глаза» в рамках модельной схемы прогнозирующего управления. Международный журнал исследований робототехники 33(10):1393–1412, сентябрь 2014 г.
  36. ^ Нет, ТС; Ким, Ю.; Тахк, MJ; Чон, GE (2011). Разработка закона наведения каскадного типа для поддержания строя групп БПЛА. Аэрокосмическая наука и технология, 15 (6), 431–439.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки