Британские инженеры создали защитную раму для дронов, представляющую собой вращающееся кольцо, имеющее оригами-конструкцию. Оно позволяет снизить ударную нагрузку на дрон во время столкновений с препятствиями, а также предотвращает последующее раскручивание аппарата вокруг вертикальной оси, рассказывают разработчики в журнале Science Robotics.

Поскольку дроны могут использоваться не только на большой высоте и открытых пространствах, но и, к примеру, в зданиях, их необходимо оснащать защитой от столкновений. В этой области можно выделить два основных подхода: механическая защита, которая в основном нацелена на защиту роторов, и активные системы отслеживания препятствий. Тем не менее, если дрон с такой защитой все же сталкивается с препятствием, его оборудование может подвергнуться сильной нагрузке, а если столкновение происходит под углом, дрон может сильно раскрутиться и потерять управляемость.

Группа инженеров под руководством Мирко Ковача (Mirko Kovac) из Имперского колледжа Лондона разработали новую защитную конструкцию, позволяющую частично решить обе эти проблемы. Она представляет собой круглую раму, соединяемую с нижней частью дрона четырьмя лучами. Большая часть рамы выполнена из относительно жесткого пластика.

Схема дрона и его фотография. Pooya Sareh et al. / Science Robotics, 2018

Гашение удара происходит благодаря тому, что внешняя часть кольца представляет собой складываемую оригами-структуру типа Миура-ори. Благодаря специальному оригами-паттерну инженерам удалось превратить плоский лист достаточно жесткого полимера в объемную конструкцию, которая выступает в качестве амортизатора удара.

Другая конструктивная особенность заключается в том, что центральная жесткая часть рамы закреплена на дроне не статично, а через поворотный механизм. Благодаря этому при столкновении под углом сам дрон практически не приобретает крутящий момент и остается в стабильном положении, а вместо него вращается защитная рама.

Инженеры провели множество тестов, применяя различные конфигурации самого дрона (наличие оригами-кольца или зафиксированность защитной рамы относительно дрона) и поверхности с различной шероховатостью. Испытания показали, что при столкновении под прямым углом к поверхности оригами-структура снижает максимальную нагрузку на дрон на 30 процентов, а под другими углами снижение оказалось еще более высоким и достигало 38 процентов. Кроме того, инженеры показали, что отсутствие жесткого крепления рамы к дрону снижает угловую скорость вращения на 82 процента.

Сила и вращение, возникающие при ударе дрона с оригами-кольцом (синяя линия) и без него (красная линия). Pooya Sareh et al. / Science Robotics, 2018

Как правило, разработчики защитных конструкций для дронов создают их для защиты окружающих людей от последствий столкновения с быстро вращающимися винтами. К примеру, недавно австралийские инженеры создали пластиковый контур, который вращается на том же роторе, что и винт, но превышает его по размеру. Благодаря тому, что при приближении к ротору человек сначала сталкивается с контуром, дрон успевает замедлить винты еще до того, как они столкнутся с рукой или другой частью тела человека.

Автор: Григорий Копиев