Обычный квадрокоптер на льду держится плохо. Резиновые опоры начинают скользить уже на склоне около 9 градусов. Чем круче стена, тем слабее собственный вес прижимает машину к поверхности: на 60 градусах гравитация давит лишь вполовину. Дрон Ice Dart переворачивает эту задачу. По статье в IEEE Transactions on Field Robotics, это первый аппарат, который умеет сесть на такой крутой лёд и удержаться.
Его разработали в Шербрукском университете в Квебеке. Проблема не в полёте — в посадке. В Арктике почти негде безопасно приземлиться, а висеть на винтах значит быстро посадить батарею.
Как устроены «кошачьи» лапы
Ice Dart относится к направлению perching — «присаживания». Птицы, насекомые и гекконы не парят часами: хватаются за поверхность и экономят силы. Роботы уже умеют цепляться за ветки, шершавые стены и даже движущиеся машины. Крутой, непредсказуемый ледник до сих пор оставался белым пятном.
«Мы посадили дрон на крутые айсберги с помощью втягивающихся когтей, — говорит первый автор Айзек Танни (Isaac Tunney), постдок по механике и робототехнике. — Идея выдвижных шипов в ступнях пришла от кошачьих когтей: они выпускаются, только когда нужны. Я хотел лапы, которые сами, пассивно вонзаются в лёд в нужный момент — независимо от ориентации дрона, формы поверхности и состояния льда».
Работают три вещи сразу. Четыре карбоновые ноги крестом, весь аппарат весит 2,65 кг. На каждой ступне два пружинных шипа смотрят в разные стороны. Сел «в гору» — срабатывает один, «под гору» — другой. Пилоту не нужно ювелирно выбирать угол захода.
Второй элемент — амортизация: 38 фрикционных дисков гасят удар, чтобы машина не отскочила. Отскок убивает задумку: шипы цепляются, только пока ноги прижаты ко льду. Третий приём на доли секунды после касания: моторы дают обратную тягу и вдавливают дрон в стену. На самых крутых склонах одной гравитации уже мало.
Что показали испытания
В лаборатории аппарат держался на 60 градусах при скорости посадки 3 м/с. В поле его гоняли по леднику Фьядльсйёкюдль в Исландии: температура от 0 до 10°C, порывы ветра больше 30 км/ч. Получилось 24 чистые посадки на склонах до 58 градусов — и 100% успеха даже при ветре.
Зачем это нужно? Зависший дрон съедает батарею за минуты. Севший может часами и днями работать как неподвижный датчик: следить за айсбергами, безопасностью судоходства, экологией. Корабли и добыча уходят всё дальше на север, дрейфующая льдина угрожает платформам и маршрутам. Сейчас приборы часто сбрасывают с вертолёта или катера — и надеются, что упадут куда надо.
«Возможность сесть, а не висеть, меняет саму работу дронов в поле, — отмечает соавтор Алексис Люсье Дебьен (Alexis Lussier Desbiens), профессор инженерии. — После посадки расход энергии резко падает, маленькая машина наблюдает гораздо дольше. Она становится совсем тихой и может почти обнулить тепловую и радиосигнатуру, выключив основные системы».
В Исландии ещё рулил человек, второй дрон страховал взглядом. На живом дрейфующем айсберге в открытой воде Ice Dart пока не испытывали — а именно там он нужнее всего. Следующий шаг: автопосадка и этот сценарий. Пока это сильный полевой прототип, не готовый арктический сторож.
