Учёные из Университета Уэстлейк (Westlake University, Китай) разработали инновационную систему FlyingToolbox, которая позволяет мультикоптерам обмениваться инструментами во время полёта. Это первый в мире случай, когда дроны с несколькими роторами смогли выполнить точное соединение и передачу объектов в воздухе.
Как работает FlyingToolbox
Одной из главных проблем при таких операциях является воздушная турбулентность, возникающая при полёте дронов один над другим. Потоки воздуха, создаваемые винтами верхнего дрона, могут достигать скорости более 13 м/с, нарушая стабильность нижнего аппарата. Из-за этого раньше невозможно было безопасно выполнять точные манёвры в «многоуровневом» строю.
Система FlyingToolbox решает задачу за счёт взаимодействия двух типов дронов:
- «Манипулятор-дрон» оснащён роботизированной рукой, которая берёт и возвращает инструменты.
- «Дрон-инструментальный ящик» несёт на борту комплект инструментов для обмена.
Работая в паре, они действуют как хирург и ассистент, обмениваясь инструментами с высокой точностью. Для этого используется комбинация технологий:
- Нейросеть предсказывает силу и направление воздушных потоков, помогая нижнему дрону автоматически корректировать положение.
- Магнитная система стыковки обеспечивает надёжное соединение, даже если дроны немного смещены.
- Визуальное отслеживание по QR-кодам позволяет выравнивать аппараты с точностью до долей сантиметра.
Прецизионная точность и стабильность
В ходе экспериментов дронам удалось добиться точности стыковки менее одного сантиметра. Все 20 тестовых попыток завершились успешно, даже в условиях сильных воздушных потоков. Кроме того, система позволила выполнять многоступенчатые обмены инструментами между несколькими дронами, находящимися рядом в воздухе.
Ключевую роль сыграла конструкция стыковочного узла. На «руке» манипулятора установлен металлический модуль с полостью, а на «ящике-дроне» — магнитные конусы на эластичных шнурах. При сближении магниты автоматически притягиваются, а эластичные элементы компенсируют мелкие неточности выравнивания.
По сравнению с предыдущими системами, где ошибка достигала 6–8 см, FlyingToolbox показала многократное повышение точности и надёжности.
Зачем это нужно
Разработанная технология открывает путь к новому уровню кооперации дронов. Теперь они могут не просто снимать или инспектировать объекты, а выполнять реальные рабочие задачи в воздухе.
Потенциальные сферы применения включают:
- работы в опасных для человека зонах (аварийные участки, зоны бедствий);
- обслуживание высотных зданий и промышленных объектов;
- автоматизированные инспекции и ремонт инфраструктуры.
Хотя пока испытания проводились только в помещении, исследователи уже работают над адаптацией системы к наружным условиям. Команда также создаёт новые роботизированные руки с большей подвижностью и улучшенным зрением для более сложных задач.
По мнению авторов, FlyingToolbox может стать основой для кооперативных воздушных рабочих команд, где дроны будут делить обязанности и совместно выполнять миссии, недостижимые для одиночных аппаратов.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
