Безопасность небольших дронов повысят с помощью "усов"

Миниатюрные, дешёвые и чувствительные выбриссы позволят дронам определять давление воздуха, формируемое объектами из внешней среды.

Фото University of Queensland.

Множество животных разных видов и размеров имеет в своём арсенале специализированные органы чувств под названием вибриссы, или усы. Это жёсткие механочувствительные волоски, отвечающие за осязание без физического контакта.

У основания усов находятся сотни нервных окончаний. Они улавливают воздействие, оказываемое на вибриссы внешней средой (воздушные потоки, отражённые от предметов) и передают нервные импульсы в мозг.

Известно, что усы помогают животным оценивать размеры объекта с близкого расстояния, даже не пользуясь зрением и слухом. Также обладатели вибрисс способны определять скорость и направление движения воздуха или воды, что усиливает навигационные навыки, особенно при плохой видимости.

Инженеры давно поняли, что похожие усы могут повысить способности роботизированных устройств. К примеру, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о специальных вибриссах, которые помогут ориентироваться в темноте и наделят роботов кошачьей чувствительностью.

Новую разработку в этой сфере представили Полин Паундс (Pauline Pounds) и Уильям Дир (William Deer) из Университета Квинсленда в Австралии. При помощи вибрисс они решили улучшить способности небольших и недорогих летательных аппаратов, которые не оснащены лидарами и камерами, а также соответствующими вычислительными системами.

Как сообщается на сайте международного Института инженеров электротехники и электроники (IEEE), миниатюрные, дешёвые и чувствительные выбриссы позволят дронам определять давление воздуха, которое формируют различные объекты вокруг, без физического контакта с ними.

Для изготовления вибрисс учёные использовали АБС-пластик. Материал, напоминающий смолу, сперва нагревали, а затем вытягивали в тонкие нити. К слову, таким способом можно создать "усы" любой длины и толщины – эти параметры будут зависеть от температуры материала и скорости растяжения.

Представленное устройство состоит из четырёх вибрисс. У основания каждую из них приклеили к плоской, напечатанной на 3D-принтере нагрузочной платформе. А её, в свою очередь, посадили на треугольную площадку с тремя микроэлектромеханическими датчиками давления.

Разработчики отмечают, что процесс изготовления таких чувствительных систем для дронов легко автоматизировать. При этом стоимость материалов для создания массива из четырёх вибрисс составляет около 20 долларов США (три тысячи рублей по текущему курсу), а весит он чуть больше полутора граммов.

Проверки показали, что "усатая" матрица получилась на удивление чувствительной: она реагировала на воздействие силой всего в 3,33 микроньютона. Исследователям пришлось отходить подальше во время тестов, чтобы не помешать испытаниям своим дыханием.

Кроме того, датчики уловили приближение руки (точнее, порождённую ей волну давления воздуха). Рукой испытатели махали в двух сантиметрах от чувствительной платформы.

Авторы работы считают, что система, способная определять силу и направление потоков воздуха, позволит дронам избегать столкновений с препятствиями, притормаживая либо маневрируя. И, конечно, при движении на малых скоростях пластиковые усы могут сработать как контактные датчики.

В самом ближайшем будущем австралийские учёные приступят к испытаниям своих систем в "полевых условиях", то есть установят их на дроны и проверят, что даёт такая добавка.

Хотя изначально вибриссы создавались для беспилотников, в дальнейшем по их образу и подобию можно будет делать датчики для самых разных роботизированных устройств, уверены специалисты.

Подробнее об этой разработке рассказывается в статье, представленной в журнале Robotics and Automation Letters.