Drone inspirado em esquilo voador com asas dobráveis ​​demonstra alta manobrabilidade

Veículos aéreos não tripulados (UAVs), comumente conhecidos como drones, já provaram ser ferramentas valiosas para uma ampla gama de aplicações, desde a produção de filmes e entretenimento até a defesa e segurança, agricultura, logística, construção e monitoramento ambiental. Embora essas tecnologias já sejam amplamente utilizadas em muitos países em todo o mundo, os engenheiros tentam aprimorar ainda mais suas capacidades, para que possam ser usadas para enfrentar problemas ainda mais complexos.

Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang e Centro de Tecnologia AI de Autonomia da Agência para Desenvolvimento de Defesa (ADD), na Coréia do Sul, desenvolveram recentemente um drone com asas dobráveis ​​que poderiam ser mais manobráveis ​​que os drones convencionais. Seu drone se inspira no esquilo voador alado, um tipo de esquilo que usa retalhos soltos de pele presos de seus pulsos aos tornozelos para deslizar de árvore em árvore.

“O drone de esquilo voador é inspirado pelos movimentos dos esquilos voadores, particularmente sua capacidade de desacelerar rapidamente, espalhando suas asas pouco antes de aterrissar em árvores”, disse ao artigo do Doceon Kang e Soohee Han, co-autores do artigo, disse a Tech Xplore. “Iniciamos essa pesquisa com a crença de que, como esquilos voadores, os drones poderiam expandir suas capacidades dinâmicas utilizando o arrasto aerodinâmico”.

Publicado no arxiv O Preprint Server, o artigo mais recente de Lee, Kang e Han, se baseia em um artigo anterior no qual apresentaram primeiro seu robô inspirado em esquilo. O artigo anterior descreveu o hardware subjacente básico do robô e uma técnica de aprendizado de reforço que o permitia desacelerar rapidamente enquanto realizava manobras em voo.

“Em nosso novo artigo, propusemos um novo sistema de drones que utiliza membranas de asa implantáveis, demonstrando desempenho superior em comparação aos sistemas de drones convencionais na execução de manobras de alta aceleração, como paradas rápidas e curvas acentuadas”, disse Lee, Kang e Han.

O arrasto aerodinâmico da membrana da asa do robô foi anteriormente para impedir seu desempenho em cenários de voo comum (ou seja, quando o drone estava voando em uma linha reta). Em situações em que o robô é obrigado a parar de repente ou mudar rapidamente de direção para evitar colisões com obstáculos, a implantação de asas pode produzir uma força considerável na direção oposta ao objeto que o drone está tentando evitar.

“Para operar com segurança e confiabilidade nesses cenários, o drone de esquilo voador deve ser capaz de decidir quando implantar ou retirar suas asas com base na situação, e os rotores devem ser capazes de gerar impulso apropriado de acordo”, explicou Lee, Kang e Han.

Em seu estudo recente, os pesquisadores também treinaram redes neurais artificiais para prever com precisão o arrasto aerodinâmico gerado pela membrana de asa à base de silicone do drone. Eles então desenvolveram uma estratégia de controle de coordenação (TWCC) que utiliza as previsões da rede neural para controlar idealmente a membrana da asa e os motores, permitindo a execução confiável das manobras desejadas.

“Outra contribuição -chave do nosso trabalho é o desenvolvimento de um sistema de hardware que permite a rápida implantação e retração das asas de silicone, mantendo o fator de forma do quadrotor convencional”, disse Lee, Kang e Han.

“Coletivamente, propusemos uma estrutura capaz de controlar simultaneamente a membrana da asa de silicone-com sua complexa aerodinâmica complexa e não analiticamente previsível-e os motores do drone e a demonstração de rastreamento de trajetória de alto desempenho e prevenção de obstáculos em hardware real”.

Notavelmente, a operação do drone inspirado em esquilo voador da equipe é suportado apenas por um chip MCU a bordo, sem a necessidade de sistemas externos de computação ou comunicação. Isso ocorre porque o algoritmo que permite sua alta manobrabilidade é leve e eficiente em termos de energia. Assim, também pode ser executado em microcontroladores de baixo desempenho, como o MCUS da classe Arduino.

No futuro, o novo drone poderá ser melhorado ainda mais e testado em uma gama mais ampla de configurações e cenários. Eventualmente, isso poderia ajudar a resolver muitos problemas do mundo real. Por exemplo, ajudando os usuários a monitorar os ambientes naturais e criados pelo homem remotamente, completar missões de pesquisa e resgate, capturar imagens de filmes ou realizar operações de defesa.

“Planejamos agora implementar recursos adicionais inspirados em esquilos voadores reais. Especificamente, nosso objetivo é estudar o comportamento deslizante do drone de esquilo voador e desenvolver um tipo de trem de pouso e estratégias de controle que permitiriam que o drone desacelere rapidamente e aterrisse nas paredes ou árvores, semelhante à terra dos esquilos voadores, acrescentou Lee, Kang e Han.

“Além disso, planejamos explorar o planejamento de movimento para sistemas como o Drone Flying Squirrel, onde as características dinâmicas podem mudar significativamente, dependendo da situação”.

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