Американские инженеры разработали новую версию квадрокоптера со складными плечами. Благодаря такой конструкции дрон может прямо в полете сложить два или даже все четыре плеча, чтобы пролететь через узкий проем, или схватить и поднять в воздух предмет.

Препринт статьи опубликован на arXiv.org, а видео с демонстрацией его полетов выложено на YouTube.

Мультикоптеры почти всегда имеют конструкцию, при которой вычислительный модуль, аккумулятор, датчики и прочая электроника сосредоточены в относительно небольшом корпусе по центру, а моторы с винтами отдалены от него. В результате бо́льшая часть объема, которую занимает дрон, пустует. При транспортировке эта проблема решается складными плечами, которые уже применяются во многих серийных моделях. Но плечи, складывающиеся в полете, пока применяются только в прототипах.

Один из таких дронов в 2019 году создали Натан Буцки (Nathan Bucki) и Марк Мюллер (Mark Mueller) из Калифорнийского университета в Беркли. В их квадрокоптере каждое плечо было подпружиненно, за счет чего оно складывается, если тяга уменьшилась до 70 процентов, и раскладывается при большей тяге. В новой версии, которую Буцки и Мюллер разработали вместе с Джерри Таном (Jerry Tang), инженеры избавились от пружин и оставили свободно двигающиеся петли крепления плечей к корпусу. Это упростило конструкцию, снизило ее массу и позволило избавиться от ограничения в минимум 70 процентов тяги. В новой версии дрон складывает плечи, меняя направление вращения винтов.

Поскольку у дрона прямоугольный корпус, при складывании двух винтов их оси не совпадают, а располагаются параллельно, поэтому они создают момент вращения. Однако остающиеся параллельными земле моторами в винтами своим вращением в обратную сторону компенсируют этот момент, поэтому даже с двумя сложенными плечами дрон может зависнуть на месте или лететь вперед. Это помогает ему пролетать через горизонтальные проемы, в которые он не поместился бы с разложенными плечами. Также это позволяет хватать предметы, зажимая их между двумя сложенными плечами.

Наконец, новая конструкция позволяет дрону отдохнуть на ветке или тросе: после посадки он выключает все четыре мотора, они опускаются и смещают центр масс ниже точки контакта, обеспечивая таким образом стабильное положение без затрат энергии. Раньше эту проблему решали с помощью отдельных механизмов, в одном из которых авторы даже полностью повторили анатомическое строение лап хищных птиц.