Dron jak wiewiórka: lata, skręca i zatrzymuje się w miejscu

Naukowcy z Południowokoreańskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii w Pohang (POSTECH) oraz z Centrum Technologii Autonomii AI przy Agencji Rozwoju Obronności (ADD) stworzyli drona o bardzo wysokiej zwrotności, inspirowanego lotopałanką​. Nowy prototyp ma składane skrzydła (wykonane z elastycznej membrany) na wzór płatów skóry gryzonia.

Dzięki temu maszyna może gwałtownie zmieniać prędkość i kierunek lotu, osiągając lepsze wyniki niż tradycyjne wielowirnikowce. Badacze zaobserwowali, iż podczas testów jego śledzenie trajektorii było o ok. 13% dokładniejsze niż w zwykłym dronie bez skrzydeł​.

Lotopałanka jako inspiracja

Opisywane zwierzę to dokładnie ssak posiadający między łapami rozpięte płaty skóry, dzięki którym „szybuje” z drzewa na drzewo. Naukowcy zauważyli, iż podobny mechanizm – kontrolowany opór powietrza – mógłby polepszyć manewry drona. Podobnie jak lotopałanka szybkim rozpostarciem „skrzydeł” intensywnie hamuje przed lądowaniem, tak dron może używać składanego płata skrzydła do gwałtownego zatrzymania lub ostrego manewru​. W projekcie założono, iż właśnie wykorzystanie aerodynamicznego oporu pozwoli rozszerzyć możliwości w trudnych sytuacjach lotu​.

Dron niczym wiewiórka / Źrodło: jgkang1210.github.io

Dron wyposażono w cztery składane skrzydła z silikonowej membrany, zamontowane na ramie typu quadrocopter. Kiedy leci prosto, skrzydła mogą być złożone i nie przeszkadzają w locie. Gdy zaś trzeba gwałtownie się zatrzymać lub ominąć przeszkodę, rozpościera je, co generuje znaczną siłę hamującą​. Taki manewr pozwala np. na błyskawiczne zwolnienie lub nagły skręt, przeciwnie do ruchu drona, co w drzewach lub ciasnych przesmykach bywa kluczowe. Testy pokazały, iż dzięki tej funkcji maszyna znacząco poprawiła dokładność realizacji zaplanowanej trasy lotu – średni błąd śledzenia (RMSE) zmalał o około 13% w porównaniu z podobnym dronem bez skrzydeł​. Mimo tych usprawnień, konstrukcja wciąż pozostała kompaktowa: zachowano standardowy kształt i wielkość quadrocoptera​, co ułatwia przenoszenie drona i integrację z istniejącym sprzętem.

Budowa skrzydeł drona / Źrodło: jgkang1210.github.io

Sztuczna inteligencja i zaawansowane sterowanie

Wyjątkowość pojazdu opiera się nie tylko na jego konstrukcji, ale także na inteligentnym systemie sterowania. Zespół badaczy wytrenował sztuczną sieć neuronową do przewidywania siły oporu generowanej przez silikonowe skrzydła drona. Dzięki temu algorytm potrafi ocenić, ile hamowania dadzą skrzydła w różnych pozycjach lotu​. Wprowadzono też specjalny system sterowania o nazwie Thrust-Wing Coordination Control (TWCC), który synchronizuje pracę silników i rozkładanie skrzydeł.

W praktyce oznacza to, iż dron sam decyduje, kiedy rozłożyć lub złożyć skrzydła oraz z jaką siłą sterować wirnikami, aby wykonać zaprogramowany manewr – np. gwałtowne zatrzymanie czy uniknięcie przeszkody​. Całość działa wbudowanie na pokładzie – sterownik mikrokontrolera zarządza całą logiką, bez potrzeby zewnętrznego komputera. Dzięki takiemu rozwiązaniu algorytm sterowania pozostaje lekki i energooszczędny – wystarcza prosty układ typu Arduino.

Praktyczne zastosowania

Wraz z wynalazkiem otwierają się drzwi dla szeregu zastosowań w codziennym życiu i służbach. Możliwe przykłady to monitorowanie środowiska, gdzie dron może bezpiecznie krążyć w trudnym terenie, np. w górach lub lasach, lepiej omijając przeszkody. Misje poszukiwawczo-ratownicze – w akcjach ratowniczych na terenach niedostępnych dron rozłoży skrzydła, by nagle zatrzymać się przy poszkodowanym lub ostrym zakręcie. Filmowanie i inspekcje – większa zwrotność umożliwia dokładniejsze ujęcia w ciasnych przestrzeniach, np. przy filmowaniu wąwozów czy zabytkowych wnętrz. Operacje wojskowe i obronne – technologia może pomóc w dyskretnym podchodzeniu do obiektu i gwałtownym unikaniu zagrożeń.

Zespół z Korei planuje ciągłe udoskonalanie projektu. W przyszłych wersjach chcą dodać jeszcze więcej elementów inspirowanych żywą lotopałanką. Przykładowo, badają możliwość wprowadzenia funkcji szybowania (gliding) – dron mógłby „fruwać” na rozpostartych skrzydłach bez użycia napędu silników. Pracują też nad systemem lądowania umożliwiającym przyczepienie się lub zatrzymanie na ścianach czy drzewach podobnie jak lotopałanka​.

.