Se denne robot-quadcopteren fly aggressivt gjennom trange hull

Mikroflybiler kan en dag gi et betydelig bidrag til søk- og redningsoperasjoner etter katastrofer som jordskjelv eller tsunamier. Det er lett å se for seg quadcopters som vurderer bygninger, går inn gjennom sprukne vegger og flyr gjennom kollapsede rom for å finne folk som er fanget.

Men hvis disse kjøretøyene noen gang skal klare denne oppgaven, må de navigere autonomt gjennom trange hull i hastighet og med et bredt utvalg av vinkelakselerasjoner, vrir og svinger mens de flyr for å presse seg gjennom den tilgjengelige plassen.

Det er lettere sagt enn gjort. Faktisk har ingen drone vært i stand til å gjøre dette uten betydelig ekstern prosessorkraft for å hjelpe (se Daredevil Drone Files through the Trees Like an Ace).

I dag endrer det seg takket være arbeidet til Davide Falanga og venner ved Universitetet i Zürich i Sveits. Disse karene har utviklet en autonom drone som kan fly raskt gjennom trange hull ved å bruke lite mer enn dataene fra et forovervendt kamera og noen smarte prosesseringer om bord.

Teamet laget et rektangel merket med en tykk svart kant for å sikre at dronen kan se det. De suspenderer deretter dette rektangelet i midten av et rom og dirigerer dronen til å fly gjennom det under sin egen damp.

Dronen er utstyrt med et forovervendt fiskeøyekamera, som den bruker til å føle gapet. For å forenkle oppgaven kjenner dronen størrelsen på rektangelet og trenger bare å beregne den nødvendige banen.

Dette er fortsatt en utfordrende oppgave. Den innebygde prosessoren utfører baneberegningen i to trinn. Den beregner først hvordan dronen skal fly gjennom gapet og den spesielle vridningen, giringen eller rullingen den må utføre for å krysse gapet. Det gjør sitt ved å maksimere dronens avstand fra kantene på rektangelet for å unngå en kollisjon.

Etter å ha bestemt seg for denne traversbanen, beregner den innebygde prosessoren en tilnærming som bringer dronen til et punkt der den kan starte traversbanen.

Tilnærmingsbanen har noen ekstra begrensninger. For eksempel må denne banen holde rektangelet innenfor synsfeltet til kameraet til enhver tid. Dronen må se gapet slik at den kan bestemme plasseringen.

Og prosessoren må kontinuerlig beregne banen på nytt samtidig som den sikrer at eventuelle nødvendige justeringer er innenfor dronens aerodynamiske evner. Prosessoren er i stand til å designe og teste 40 000 baner i sekundet.

En grunn til at banen må behandles i to deler er at dronen ikke kan se rektangelet under traverseringen. Så den må utføre denne manøveren blindt, noe som er mulig fordi denne delen av flyturen er så kort. Banen er generert for å minimere risikoen for kollisjon og krever på grunn av sin korte varighet ingen visuell tilbakemelding, som ikke er tilgjengelig under traverseringen, sier Falanga og co.

Etter å ha passert gjennom gapet, må quadcopter gjenopprette sin holdning og sveve. Til dette er den utstyrt med en avstandssensor og et nedovervendt kamera som den kun bruker til denne oppgaven.

Teamet testet denne tilnærmingen ved å bruke en quadrotor med dimensjoner på 55 x 12 centimeter og en vekt på 830 gram. Quadcopteret er tilpasset slik at motorene vippes 15 grader. Dette gir tre ganger mer girkontroll, men mister bare 3 prosent av den kollektive skyvekraften.

Det rektangulære gapet målte 80 ganger 28 centimeter, og teamet fløy 35 oppdrag gjennom det med hastigheter på opptil tre meter per sekund, noe som krever en rullevinkel på opptil 45 grader og en stigningsvinkel på opptil 30 grader.

Resultatene gir imponerende lesning og kan sees her . Teamet anser en flytur som en suksess hvis quadcopteret passerer gjennom gapet uten en kollisjon og deretter bringer seg selv til å sveve etterpå. Vi oppnådde en bemerkelsesverdig suksessrate på 80 prosent, sier de. Så vidt vi vet, er dette det første arbeidet som adresserer og rapporterer aggressiv flyging gjennom trange hull.

Ref: arxiv.org/abs/1612.00291 : Aggressiv Quadrotor-flyging gjennom trange hull med ombordføling og databehandling

gjemme seg