Исследователи из Делфтского технологического университета в Нидерландах разработали дрон, который может находить ветки и цепляться за них с помощью осязания. В отличие от традиционных беспилотников, он не полагается исключительно на камеры, а использует тактильные датчики на роботизированной кисти. Об этом сообщили на сайте университета. Во время посадки дрон определяет положение и ориентацию ветки, корректирует собственное положение, захватывает её и выключает двигатели, что позволяет экономить заряд аккумулятора. Традиционные дроны в значительной степени полагаются на оптическое зрение. Однако при выполнении задач в сложных условиях, например в густых тропических лесах, камерам сложно получить необходимую информацию. При приближении к цели собственные манипуляторы дрона и окружающая среда могут перекрывать обзор, из-за чего аппарат фактически "ослепнет".
Кроме того, постоянное зависание в воздухе требует значительных затрат заряда аккумулятора и сопровождается громким жужжанием. Возможность время от времени "отдыхать" на ветках помогает решить обе проблемы, но для этого нужен другой подход к навигации во время посадки.
Чтобы реализовать новую технологию, ученые создали легкую антропоморфную кисть, предназначенную специально для летательных аппаратов. Она имеет три пальца, каждый из которых состоит из трех фаланг, а их пропорции вдохновлены строением человеческой кисти.
На каждой фаланге расположен тактильный датчик — небольшой медный электрод под силиконовой поверхностью. При контакте с объектом электрический сигнал изменяется, а благодаря знанию формы и положения собственных пальцев дрон может определить место контакта.
Захват ветки происходит в несколько этапов. Сначала дрон движется по траектории в форме восьмерки, одновременно открывая и закрывая трёхпалую кисть. После первого контакта с веткой аппарат определяет её положение и ориентацию и корректирует собственное положение для стабильного захвата.
Далее торсионные пружины сжимают пальцы, а силиконовые накладки обеспечивают необходимое трение и помогают удерживать ветку без постоянного расхода энергии. Если захват не удается, дрон улетает на безопасную высоту и повторяет попытку. Разработка была вдохновлена поведением птиц, которые при посадке используют осязание, чтобы ощутить ветку лапами и скорректировать захват в режиме реального времени.
"Зрение показывает вам, где что-то находится, вплоть до того момента, когда это становится самым важным, – а затем ваш собственный захват перекрывает обзор. У животных такой проблемы нет, потому что они замыкают цикл управления с помощью осязания. Именно это мы хотели дать дрону: возможность достигать пространства, которое он не видит, ощущать то, что там находится, и корректировать своё положение уже во время контакта", — говорит доцент Хамаза из Делфтского технологического университета.
В свою очередь исследователь Антон Бреденбек пояснил, что каждый датчик лишь сообщает о наличии контакта. Однако благодаря информации о форме собственной лапы дрон может постепенно определить положение и ориентацию ветки.
Во время летных испытаний дрон оставался надежным даже в тех случаях, когда исходные оценки положения, ориентации и размера цели были неверными. В то же время обычная стратегия, основанная на машинном зрении, в таких условиях быстро терпела неудачу.
Эта разработка может открыть путь к созданию дронов, способных в течение длительного времени осуществлять мониторинг окружающей среды даже там, где одного только зрения недостаточно. Речь идет, в частности, о лесных кронах, сложных промышленных конструкциях или местах без систем слежения за движением.
Исследователи предлагают рассматривать контакт не как риск, которого нужно избегать, а как дополнительный источник информации для управления действиями. В будущем дроны смогут использовать осязание для ориентации в пространстве и поиска мест для посадки, которые они не могут полностью увидеть.
Напомним, в Швейцарии исследователи разработали миниатюрные дроны, которые используют звуковые волны для движения. Устройства не имеют традиционных двигателей, а преобразуют звук в тягу.