Ударопрочный беспилотник Университета Иннополис сконструирован по принципу тенсегрити, который используется в архитектуре при строительстве мостов. Робот выглядит как каркасная конструкция, в которой используются взаимодействия стержней, работающих на сжатие, и растягиваемых тросов. Стержни не соприкасаются друг с другом, но висят в пространстве, а их относительное положение фиксируется тросами, поэтому ни один стержень не изгибается. Моторы, камеры, контроллеры и другие элементы беспилотника устанавливаются в разных частях тенсегрити-структуры. Схема установки элементов может изменяться.
Разработка Tensodrone началась при участии разных лабораторий центра летом 2019 года. Первые прототипы тенсегрити-роботов создавались из подручных средств, далее конструкция усложнялась и применялись элементы из углепластика.
В робототехнике этот принцип уже используется для разработки податливых, легких и ударопрочных роботов. Самый известный аппарат, работающий на принципе тенсегрити, — наземный робот NASA Super Ball Bot для исследования поверхностей планет.
БПЛА подобной конструкции разрабатывались в Имперском колледже Лондона, однако их опытный образец не прошел этап тестирования. «Разработчики из Англии не решили концептуальные проблемы и не придумали, как качественно реализовать такой дрон: их прототип не смог взлететь. Конструкция в отличие от нашей — это жесткий дрон внутри тенсегрити-клетки. Наша команда встроила элементы дрона в тенсегрити-структуру, которая тем самым является и рамой, и защитной клеткой одновременно», — объясняет Роман Федоренко, доцент центра.
Для конструкции рабочего прототипа мы использовали карбоновые трубки и кевларовые нити с изготовленными на заказ пружинами. Другие мелкие элементы печатаются карбоном и мягким пластиком на 3D-принтере. Эти материалы в дополнение к принципу тенсегрити обеспечивают высокую прочность Tensodrone: во время испытаний после падения с 20 метров прототип не терял работоспособность и не повреждался.
Дмитрий Девитт, младший научный сотрудник Университета Иннополис
Аппарат можно использовать для инспекции и картографирования помещений, а за счет высокой прочности применять в труднодоступной для человека среде. «Сейчас Tensodrone летает самостоятельно по заданной миссии, в том числе по GPS на улице. Мы интегрируем в него наши алгоритмы планирования движения для автономного обследования и картографирования помещений с обходом препятствий», — рассказывает Роман. В перспективе аппарат доработают до новой возможности: БПЛА сможет изменять форму за счет активного изменения длины стержней или натяжения тросов. Тенсодрон с изменяемой в полете геометрией сможет, к примеру, облетать пространства с большим количеством препятствий.
Сейчас разработчики Университета Иннополис готовятся к патентной защите Tensodrone и планируют коммерческое развитие проекта.
Глобальный рынок беспилотников, по оценкам авторов дорожной карты «Аэронет», может составить более $200 млрд к 2025 году. Из них на долю России может прийтись более $35–40 млрд, а в использовании и продаже будет находится до 2,5 млн устройств российского производства — это 3% от мирового рынка. По менее оптимистичным предположениям авторов портала ResearchAndMarkets.com, объем рынка БЛА вырастет с $19,3 млрд в 2019 году до $45,8 млрд к 2025 году, причем среднегодовой прирост составит порядка 15,5%. Основным сдерживающим фактором является неразвитая в этой области законодательная система большинства стран.
Сейчас на мировом рынке похожее по конфигурации с Tensodrone устройство продает швейцарская компания Flyability. Elios используют для инспекций труднодоступных и вредных локаций в Турции, Чили, США и других странах. Цена такого дрона в зависимости от комплектации начинается от 3 млн рублей.
Дистанционно-управляемый БПЛА Elios 2 UAV компании Flyability используется для инспекции установки жидкостного каталитического крекинга на НПЗ Измит в Турции. По утверждениям Flyability, прямая экономия Tüpraş составила несколько сотен тысяч долларов США благодаря снижению простоя при инспекции на 2,5 суток и устранению необходимости срезать верхнюю часть стояка реактора, а также сэкономило 170 человеко-часов на инспекцию.
По подсчетам специалистов Университета Иннополис, серийный Tensodrone на рынке будет стоить около 1,5 млн рублей. В эту стоимость войдут наземный пульт управления и камеры со съемкой в высоком разрешении.
Читать также
Ученые достигли рекордного преобразования солнечной энергии в топливо
Почему ученым так интересна Церера? Все о планете, на которой активно ищут жизнь
Посмотрите, что способен увидеть в космосе преемник Хаббла. Обзор телескопа Уэбб