TOP-10 инноваций в области дронов, которые привлекли внимание в 2022 году

Введение

Прошедший год был очень насыщенным для беспилотников, как в плане новых моделей, так и в плане новых возможностей. Здесь мы собрали десять самых ярких решений, которые успели привлечь внимание сообщества, включая умные способы использования дронов и интересные разработки в области технологий. Полетели!

Drone Interceptor

Портативный дрон-перехватчик призван сбивать другие дроны. Он использует для этого отстреливаемую силовую установку, тянущую за собой кевларовую сеть. Разработанный литовским хакером Алексеем Зайцевским, летательный аппарат построен на квадрокоптерной раме и имеет очень высокое соотношение мощности к весу.

Эта характеристика позволяет Drone Interceptor быстро взлететь, достичь нарушителя и визуализировать его — бортовая FPV система помогает в этом, передавая видео в реальном времени наземному пилоту. Далее Drone Interceptor размещается под ним. Пилот активирует отстрел четырёх моторов от рамы, которые вытягивают за собой и раскрывают кевларовую сетку, которая попадая на дрон нарушитель обвивает его, блокируя силовую установку, что приводит к падению.

Основной корпус дрона-перехватчика также падает, только в его случае посадка будет мягкой, так как после отстрела силовой установки у него автоматически раскрывается парашют. При падении он также издает громкий звуковой сигнал, что позволяет легче найти его.

Зайцевский представляет себе сценарий, в котором наземные патрульные машины будут оснащены несколькими перехватчиками дронов, где каждый коптер будет находиться в своем собственном пусковом контейнере. Если в запретной зоне будет замечен дрон-нарушитель, водитель/оператор сможет остановиться и направить один из перехватчиков следом за ним.

Со слов разработчика на текущий момент идёт подготовка к серийному запуску коммерческой версии дрона-перехватчика, которая может занять от одного до двух лет. А пока вы можете увидеть один из полевых тестов прототипа Drone Interceptor на видео ниже.

RDS2

Технология RDS2 позволяет дронам перевозить и доставлять все виды посылок. Система может перевозить практически всё, что помещается между посадочными опорами дрона. На фото ниже новый октокоптер RDST компании A2Z Drone Delivery.

В большинстве систем доставки грузов с помощью дронов груз должен быть упакован в специальные контейнеры или помещаться в специально отведенный бортовой отсек. Однако новая система RDS2 может перевозить посылки практически любой формы и размера, весом до 10 кг. RDS2, название которой является аббревиатурой от Rapid Delivery System 2, была создана стартапом A2Z Drone Delivery из Лос-Анджелеса.

Существующая система RDS1 этой компании включает в себя моторизованную катушку кевларового шнура, которая устанавливается на нижней стороне дистанционно управляемого стороннего дрона-мультикоптера. На конце этого шнура находится эластичный тканевый чехол, в котором может находиться полезный груз весом до 2 килограмм.

Когда дрон достигает места назначения, он остается висеть на высоте 46 метров. Затем он отпускает тормоз на тросовом барабане, позволяя пакету с полезным грузом медленно спуститься вниз, за что отвечает компонент свободного падения и тормоз катушки, которые вкупе обеспечивают плавный спуск полезного груза и экономию времени и энергии, по сравнению с системами, в которых двигатель катушки используется для медленного опускания полезного груза к получателю. За точность расстояния, на котором дрон-доставщик должен зафиксировать свою высоту отвечает установленный на нём LiDAR.

Система призвана не только избавить клиентов от шума и потенциальной опасности низко парящего беспилотника, но и избавить его от необходимости тратить время и заряд батареи на маневрирование вокруг препятствий, таких как ветки деревьев и линии электропередач.

RDS2 работает аналогичным образом, но вместо чехла используется крюк, который цепляется за сумки, ведра или специальную ручку из армированной обвязочной ленты. Последняя наклеивается на верхнюю часть коробки клиента или другой посылки и может выдерживать нагрузку до 45 кг.

В любом случае, крючок остается надёжно закрытым, пока дрон находится в полёте. Однако как только груз достигает земли, крюк автоматически освобождает посылку. Это означает, что груз можно сбрасывать, даже если получатель отсутствует. Если же получатель присутствует и хочет отправить упаковку отправителю, он может закрепить её на крюке, который затем поднимет её дрону. Следует отметить, что хотя RDS2 может переносить и опускать грузы весом до 10 кг, он может поднимать грузы весом не более 5 кг.

Как и в случае с RDS1, установка RDS2 весом 1.5 килограмма может быть установлена на шасси тяжелых дронов сторонних производителей, таких как DJI Matrice 600. Для покупателей, желающих получить полный пакет, она также может быть встроена в новый октокоптер RDST компании A2Z. Этот летательный аппарат может летать автономно или дистанционно управляться на расстоянии до 30 километров — дальность связи не ограничена, если используется дополнительное сотовое 4G LTE соединение.

Одного заряда литиевого аккумулятора хватает на 36 минут полёта. Следует иметь в виду, что, хотя система RDS2 поддерживает более тяжелые грузы, максимальная грузоподъемность самого беспилотника RDST составляет 5 кг. И RDS2, и дрон RDST можно заказать через сайт A2Z Drone Delivery — цены предоставляются по запросу. Работу системы можно увидеть на видео ниже.

Автоматическая дрон-система для очистки солнечных панелей

Чтобы солнечные панели работали с максимальной эффективностью, их необходимо регулярно очищать от накопившейся пыли и прочего мусора. До таких панелей часто бывает трудно добраться, поэтому система Helios использует не один, а два дрона для выполнения этой работы.

Возможно некоторые из вас скажут, что слышали или даже видели другие предложения специальных установок, которые используют воздушные дроны для распыления мыльной воды на загрязненные панели. Однако к сожалению, такие дроны быстро разряжают свои батареи. Кроме того, не имея прямого контакта с панелями, они, скорее всего, не смогут удалить всю грязь.

Система Helios, разработанная бельгийским стартапом ART Robotics, решает эти проблемы за счёт использования летающего гексакоптера и ползающего по панелям робота на резиновых гусеницах. Система предназначена для использования операторами Helios, которых будут вызывать для обслуживания небольших жилых домов на крышах.

Вначале коптер взлетает и поднимается на крышу, неся с собой робота на наклонной платформе на нижнем подвесе. Используя систему компьютерного зрения, он обнаружит фотоэлектрическую панель, приземлится на неё и позволит роботу скатиться с платформы.

Затем коптер возвращается в точку взлёта и совершает посадку, а робот начинает двигаться взад-вперед по панелям, прокладывая себе путь от одной стороны к другой. Робот без проблем пересекает соседние панели и очищает их с помощью вращающейся щётки и пылесоса.

Как только робот закончит, он пошлёт беспроводной сигнал на коптер, после чего он вернётся и заберёт его. Все операции по очистке панелей выполняются автономно, хотя оператор остаётся на месте, чтобы наблюдать и при необходимости осуществлять ручное управление.

По данным ART Robotics, система уже существует в виде полнофункционального прототипа. Компания запустила сбор средств на Kickstarter, чтобы профинансировать коммерческую разработку. Анимация ниже иллюстрирует, то как будет работать система Helios.

Беспилотник HUUVER

Несмотря на то, что воздушные беспилотники имеют множество применений, есть ситуации, когда наземные беспилотники являются лучшим выбором. HUUVER сочетает в себе оба этих аспекта в одном транспортном средстве, поскольку он оснащен как пропеллерами, так и гусеничным приводом.

HUUVER разрабатывается в рамках проекта Европейского Союза под руководством польской компании Cervi Robotics/Dronehub, название которого является аббревиатурой читаемой как «Hybrid UAV-UGV for Efficient Relocation of Vessels». Среди других партнеров, также выступают — Университет LUT (Финляндия), Rectangle (Польша), Gina Software (Чехия), Bladescape (Австрия), Brimatech Services (Австрия) и NTT Data Испания.

В своем нынешнем прототипе беспилотник имеет размеры 137 сантиметров в длину, 84 сантиметра в ширину и 56 сантиметров в высоту и весит 23 килограмма.

В тех случаях, когда необходимо передвигаться по земле, беспилотник использует пару гусеничных приводов, на котором он может передвигаться в течение 10 часов на одном заряде литиевой батареи. Как только ему нужно подняться в воздух, он запускает восемь горизонтальных моторов, которые, когда не используются, расположены на одной линии с гусеничными приводами. Макс. время полёта составляет 20 минут.

Операторы могут дистанционно управлять дроном в режиме реального времени, просматривая изображение с установленных на подвесе оптических 4K камер Sony и тепловизионных камер FLIR. При этом он также может летать автономно с возможностью распознавания и облёта препятствий, ориентируясь на спутниковую систему позиционирования Galileo и ЛИДАР модуль Velodyne Puck LITE LiDAR, которые работают под управлением микропроцессора Nvidia Jetson AGX Xavier.

Представитель Dronehub сообщил нам, что этап исследований и разработок проекта HUUVER недавно завершился, и теперь начинается этап коммерциализации. О том, когда беспилотник появится в продаже, пока ничего не сообщается, хотя, скорее всего, он будет предназначен в основном для промышленного, военного и поисково-спасательного использования. Видео ниже демонстрирует прототип в работе, где он выполняет миссию по сценарию экстренной доставки медицинских препаратов.

Sea-Air Integrated Drone system

Несмотря на то, что подводные дроны способны выполнять самые разные задачи, доставка их к месту погружения всё ещё иногда может быть не простой. Чтобы исключить подобного рода проблему и была создана новейшая амфибийная система, которая использует воздушный дрон для транспортировки и развертывания подводного дрона.

Известная как система Sea-Air Integrated Drone, гибридная установка была не так давно продемонстрирована в парке развлечений Hakkeijima Sea Paradise в Йокогаме. Она была создана в рамках партнёрства между японским телекоммуникационным оператором KDDI, производителем воздушных дронов Prodrone и компанией Qysea, занимающейся подводной робототехникой.

В системе используется один из всепогодных гексакоптеров Prodrone, а также один из подводных дронов Fifish Pro V6 Plus компании Qysea. Последний можно также назвать небольшим ROV (Remotely Operated underwater Vehicle; или Телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА)), и он размещается в быстросъёмной клетке в нижней части беспилотника.

Рабочий процесс реализуется следующим образом. Находящийся на берегу пилот/оператор использует дальнобойную мобильную связь для первоначального полёта системы к месту назначения в акватории — позиционирование осуществляется как по GPS, так и по поступающим в режиме реального времени данным с бортовых камер беспилотника. Затем пилот сажает дрон на водную поверхность, где за его плавучесть отвечают специально установленные на нём поплавки (по одному на каждом из шести лучей).

После чего Fifish Pro V6 Plus выгружается из клетки, оставаясь привязанным к гексакоптеру длинным электрическим/коммуникационным кабелем. Далее осуществляется погружение контролируемое пилотом/оператором. Визуализация реализуется посредством видеопотока транслируемого на экран оператора/пилота дрона в режиме реального времени. По завершению подводной миссии электрическая лебедка гексакоптера Prodrone подтягивает Fifish Pro V6 Plus и заводит его обратно в клетку, и оба дрона могут лететь обратно на берег.

Некоторые из возможных областей применения системы включают осмотр, обслуживание или ремонт объектов аквакультуры, морских ветряных турбин или других морских сооружений. Кроме того, она может быть использована в научных исследованиях, инспекциях корпусов судов или в поисково-спасательных операциях.

Проект был впервые запущен компанией KDDI шесть лет назад. Более подробная информация о системе Sea-Air Integrated Drone должна быть опубликована позднее в этом году. В действии её можно посмотреть на видео ниже.

Автономный орнитоптер P-Flap

Дроны-орнитоптеры с машущими крыльями потенциально могут быть более маневренными и энергоэффективными, чем их стационарные собратья, но большинство из них всё ещё не могут зависать на одном месте. P-Flap решает эту проблему, используя когтевой механизм для временной посадки, подобно птице.

P-Flap (Perching Flapping-Wing Robot), прототип автономного орнитоптера имеет размах крыльев 1.5 метра и весит всего 700 граммов. Он был разработан Рафаэлем Зуффери (Raphael Zufferey), постдокторантом швейцарского исследовательского института EPFL.

Он создал и испытал устройство в сотрудничестве с коллегами из испанского Университета Севильи в рамках проекта Европейского союза GRIFFIN. GRIFFIN расшифровывается как «General compliant aerial Robotic manipulation system Integrating Fixed and Flapping wings to INcrease range and safety; или Соответствующая всем требованиям воздушная роботизированная манипуляционная система, интегрирующая фиксированные и машущие крылья для увеличения дальности и безопасности».

Для захвата таких целей, как ветки или трубы, P-Flap оснащён одним механическим когтем с подпружиненным корпусом из углеродного волокна. Это устройство является бистабильным, то есть не требует питания, чтобы оставаться в открытом и закрытом состоянии. Он соединён с нижней частью дрона с помощью сервоприводной лапы, которая может перемещать его по мере необходимости.

Когда P-Flap приближается к горизонтальному стержню в текущей испытательной установке в помещении, он ориентируется на данные, которые передаются по беспроводной связи от внешней системы захвата движения. Эти данные позволяют дрону знать свое местоположение относительно стержня, поэтому его бортовая система управления полётом может регулировать угол тангажа, рысканья и высоту, чтобы попасть в цель.

При приближении клешни к стержню на расстояние до 1 метра, датчик линейного зрения в основании клешни предоставляет более точные данные о положении, активируя сервопривод ноги для её точного позиционирования. Когда два выступа на открытой внутренней стороне клешни попадают в цель, давление заставляет клешню автоматически закрыться вокруг стержня всего за 25 миллисекунд, прочно удерживая P-Flap на месте. Когда наступает время покинуть насест и возобновить полёт, винтовой механизм с электроприводом в шахте когтя снова открывает его.

В реальном мире беспилотник может выполнять такие задачи, как наблюдение за наземными объектами, сбор биологических образцов с деревьев или подзарядка аккумулятора с помощью встроенных солнечных батарей. Тем не менее, в настоящее время ещё предстоит проделать большую работу.

«В настоящее время полётные эксперименты проводятся в помещении, потому что нам нужна контролируемая зона полёта с точной локализацией от системы захвата движения», — сказал Зуффери. «В будущем мы хотели бы увеличить автономность робота, чтобы выполнять задачи по посадке и манипулированию на открытом воздухе в более непредсказуемой среде».

P-Flap описан в статье, которая недавно была опубликована в журнале Nature Communications.

Технология позволяющая квадрокоптеру приземляться на наклонные поверхности

Ученые, работающие над расширением потенциальных зон приземления для беспилотников, продемонстрировали новый подход, позволяющий летательным аппаратам безопасно приземляться на крутых склонах. Технология основывается на предыдущей работе команды, связанной со стенами и озёрами, и может позволить беспилотникам приземляться на одну из наиболее распространенных поверхностей в городской среде.

Исследование, проведённое под руководством инженеров-механиков из канадского Университета Шербрука, стало продолжением предыдущих, не менее впечатляющих решений для посадки беспилотников, продемонстрированных той же командой. В 2017 году учёные продемонстрировали дрон с фиксированным крылом, который мог взлетать и садиться на воду, с возможностью прыжков между озёрами и подзарядки от солнечной энергии по ходу движения.

Позже в том же году команда продемонстрировала ещё один дрон с фиксированным крылом, который использовал лазерный сенсор для обнаружения встречной стены во время полёта. Затем он наклонялся вверх и с помощью лапок из микроволокна цеплялся за шероховатую поверхность стены, поглощая кинетическую энергию удара. После этого дрон мог оставаться закрепленным на вертикальной стене до тех пор, пока не наступало время запустить пропеллер для очередного полёта.

Новейшая технология посадки, не поддающаяся физике, была разработана командой для дронов-квадрокоптеров, которым трудно приземляться на наклонные поверхности из-за жёсткого шасси. Специализированное шасси с лёгкими фрикционными амортизаторами было установлено на дроне DJI F450 для повторного поглощения кинетической энергии от удара, а возможность быстрого изменения тяги позволяет ему приземляться на впечатляющие наклонные поверхности.

Испытания проводились в реальных условиях на открытом воздухе: дрон успешно приземлился на поверхности с уклоном до 60 градусов и со скоростью до 2,75 метра в секунду (9 футов/с). По словам команды, технология позволяет небольшим дронам приземляться на крыши домов, которые обычно встречаются в городах, а более высокая скорость посадки позволит им делать это в чрезвычайных ситуациях, когда не всегда есть возможность точного контроля и обнаружения.

Вы можете увидеть демонстрацию технологии в работе на видео ниже. Само исследование было опубликовано в журнале IEEE Robotics and Automation Letters.

Дроны для 3D-печати конструкций

Строительство или ремонт сооружений в труднодоступных местах — задача не из лёгких, поскольку привлечь краны, строительные леса и прочее оборудование может быть довольно сложно. Именно поэтому учёные создают систему, вдохновленную медоносной пчелой, которая использует летающие дроны для 3D-печати.

Технология, известная как Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM; или Воздушное аддитивное производство), разрабатывается исследователями из Имперского колледжа Лондона и швейцарского института Empa. Она включает в себя два типа дронов-квадрокоптеров, которые летают автономно и общаются друг с другом.

Первый тип, это BuilDrones. Работая на основе общего цифрового чертежа, они совместно создают конструкцию, выдавливая последовательные слои материала — например, жидкого бетона — через сопло в нижней части. Эта форсунка может перемещаться в боковом направлении относительно дрона, чтобы компенсировать любое непреднамеренное смещение последнего.

Второй тип дронов называется ScanDrones. Они контролируют процесс печати, оценивая геометрию конструкции по мере её создания. Основываясь на этих наблюдениях, они советуют BuilDrones, что делать дальше, чтобы придерживаться чертежа и получить запланированный готовый продукт.

В настоящее время точность изготовления системы составляет плюс-минус 5 миллиметров. И хотя она рассчитана на самостоятельную работу, человек-оператор постоянно находится в курсе событий, чтобы при необходимости вмешаться и взять на себя ручное управление.

В ходе проведённых на данный момент небольших испытаний Aerial-AM использовался для создания 72-слойного цилиндра высотой 2.05 метра из расширяющейся пены на основе полиуретана и 28-слойного цилиндра высотой 18 сантиметров из цементоподобного материала.

«Мы доказали концепцию, что дроны могут работать автономно и в тандеме для строительства и ремонта зданий, по крайней мере, в лаборатории», — сказал руководитель проекта Мирко Ковач (Mirko Kovac), сотрудник факультета аэронавтики Imperial и Центра материалов и технологий робототехники Empa. «Это масштабируемое решение может помочь в строительстве и ремонте в труднодоступных местах, например, на высоких зданиях».

Статья об этом исследовании была недавно опубликована в журнале Nature. Дроны в работе можно увидеть на видео ниже.

Silent Ventus: дрон на ионной тяге

«Бесшумный» летающий дрон из Флориды, работающий на ионной тяге, находится на пути к коммерческому внедрению в 2024 году, согласно Undefined Technologies, которая выпустила новое видео лётных испытаний на открытом воздухе. Нам по-прежнему интересно, но мы не до конца не уверены, что это будет жизнеспособно.

Беспилотник «Silent Ventus» не использует пропеллеры для полёта. Вместо этого вся его широкая структура представляет собой две уложенные друг на друга сетки электродов, предназначенные для создания высоковольтных электрических полей, которые могут ионизировать молекулы кислорода и азота в воздухе, освобождая электроны, чтобы придать им положительный заряд, а затем направить их вниз, чтобы создать «ионный ветер», который может создать тягу.

Сама технология не нова: ионная тяга уже использовалась в космосе и, как мы отметили, когда впервые увидели проект беспилотника Silent Ventus, для нескольких очень небольших наземных проектов, один из которых был использован для левитации мыши Orville в 2003 году. Компания Undefined утверждает, что её технология «Air Tantrum» обеспечивает «более высокий уровень тяги, до 150% по сравнению с существующими технологиями ионных движителей».

Компания впервые продемонстрировала свою технологию в 2020 году, заявив о 25-секундном полёте, но показав лишь несколько шатких секунд на видео «тестовой лаборатории», которое выглядело подозрительно, как будто его снимали в маленькой коробке, несмотря на громкие протесты заметных указателей высоты на каждой стене. Впоследствии компания заявила, что этот тестовый дрон издавал шум около 90 дБ — что гораздо ближе к «шуму фена», чем к «тишине». Ранее в этом году компания заявила о двух с половиной минутах полётного времени в помещении при уровне шума 85 децибел и выпустила 39-секундное видео в качестве доказательства.

Теперь компания заявляет, о четырёх с половиной минутах, задокументированных в истинном стиле «Undefined» с одной минутой 17 секунд отредактированного видео, как показано ниже. Компания утверждает, что она достигла уровня шума ниже 75 дБ, что бы ни звучало на видео, и призывает к дальнейшим инвестициям в разработку беспилотного летательного аппарата для доставки грузов, который, с их слов, будет летать в течение 15 минут и издавать менее 70 дБ к концу 2023 года.

«Этот полёт продолжительностью более 4 минут потребовал усовершенствования химического состава батарей, которые теперь могут обеспечить нам более высокую плотность энергии», — говорит ведущий аэрокосмический инженер компании Undefined Томас Бенда-младший (Thomas Benda Jr) в пресс-релизе. «Это усовершенствование является частью наших усилий по снижению веса».

Дрон-амфибия с функцией присасывания

Несмотря на то, что мы уже слышали о нескольких воздушных дронах, способных работать под водой, новый дрон значительно расширяет эту концепцию. Используя всасывающий диск, похожий на рыбий, он может перемещаться под водой закрепляясь, например, на борту подводных лодок, позволяя тем самым экономить заряд АКБ. Прототип устройства был разработан в сотрудничестве учёных из Университета Бейханг в Китае, Имперского колледжа Лондона и швейцарского исследовательского института Empa.

Он имеет форму небольшого водонепроницаемого квадрокоптера, на вершине которого находится отпечатанный на 3D-принтере силиконовый диск, вдохновлённый аналогичным придатком на приплюснутой голове рыбы ремора. Для справки: с помощью этого диска ремора прикрепляется к крупным животным, таким как киты, акулы и скаты манта. Когда животное-хозяин питается, ремора временно отделяется от него, чтобы поглотить остатки пищи в воде.

Как и естественный диск реморы, синтетическая версия беспилотника не является одной большой присоской. Вместо этого она состоит из параллельных рядов гибких мембран, промежутки между которыми образуют отдельные присоски. Как для рыбы, так и для дрона эта особенность позволяет диску прилипать к изогнутым, шероховатым, неровным поверхностям и удерживаться на них даже тогда, когда весь диск не соприкасается с поверхностью.

Дрон способен летать как любой другой квадрокоптер, но при этом опускаться под поверхность воды или всплывать из-под неё всего за 0.35 секунды. Как сообщается, это самая высокая скорость перехода от одного воздушно-водного дрона к другому.

Под водой пропеллеры коптера пассивно складываются, что делает их более эффективными для движения аппарата. С помощью встроенной камеры он может найти и прикрепиться к цели. Эта цель может быть подвижной — например, подводная лодка или кит, которого изучают, — или стационарной, например, трубопровод или стойка нефтяной вышки.

«Подводная связь и передача сигналов непроста, поэтому [дрон] может иметь уровни автономной работы под водой и в воздухе, которые управляются бортовыми сенсорами», — прокомментировал профессор Мирко Ковач (Mirko Kovač) из Empa и Имперского колледжа. «Одно из преимуществ способности переходить обратно в воздух заключается в том, что ему не обязательно общаться под водой, вместо этого он может выпрыгнуть из воды и передавать сигналы с помощью сетей 5G или Wi-Fi».

В качестве дополнительного бонуса, присасывающийся диск коптера работает и на суше. Это означает, что если ему нужно зависнуть в одном месте, он может прикрепить себя к выступу, например, к карнизу крыши, а затем выключить свои двигатели, пока ему снова не понадобится перемещение — в противном случае ему пришлось бы зависнуть, что значительно быстрее израсходовало бы заряд батареи.

Предполагается, что после дальнейшего развития технология может найти применение в морских исследованиях, поисково-спасательных операциях, экологическом зондировании и промышленных инспекциях. Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале Science Robotics. Вы можете увидеть дрон-амфибию в работе на видео ниже.

На этом пока всё. Если у вас есть, что сказать по теме, то оставляйте свои комментарии ниже. И оставайтесь с нами! Чтобы быть в курсе всех последних новостей о лучших беспилотных летательных аппаратах, слухов, анонсах и отзывах, а также следите за нами в нашей группе ВК. Летайте безопасно. Всем мира и добра!