Словно птица: новый дрон использует осязание, чтобы цепляться за ветки и отдыхать

Дроны часто зависают в воздухе, издавая громкое жужжание. Они уже могут выполнять множество задач, но не тогда, когда требуется тишина. Кроме того, их аккумуляторы работали бы дольше, если бы дроны могли время от времени «отдыхать». Но когда дрон следит за тропическим лесом, сложная окружающая среда и его собственный манипулятор-захват становятся слишком сложными препятствиями для камерного зрения.

Исследователи из Делфтского технологического университета (Нидерланды) разработали дрон, который ведет себя скорее как птица: он прощупывает ветку перед посадкой. Используя мягкие тактильные датчики, встроенные в антропоморфную кисть, дрон определяет контакт с веткой, определяет, где она расположена и под каким углом находится, корректирует собственное положение и надежно захватывает её. После этого он может выключить двигатели и спокойно отдыхать.

Поиск, касание, выравнивание, захват

Исследование, опубликованное в журнале npj Robotics, представляет новый подход к автономной посадке, при котором прикосновение становится источником информации для выполнения действий. Используя свой тактильный захват, дрон прощупывает ветку. Когда он находит её, он тихо цепляется за неё, удерживается и выключает двигатели, чтобы сэкономить заряд аккумулятора.

В свою очередь, этот тактильный дрон начинает с приблизительной оценки того, где может находиться цель, а затем уточняет её положение с помощью осязания. Дрон выполняет поисковую траекторию в форме восьмерки, одновременно раскрывая и закрывая свою трёхпалую кисть. Когда пальцы раскрываются и закрываются, первый контакт показывает положение и ориентацию ветки. Дрон поворачивается и меняет своё положение до тех пор, пока датчики на всех трёх пальцах не подтвердят стабильный контакт, после чего отключает двигатели. Если захват не удаётся, дрон отходит назад на безопасную высоту и пытается снова.

Достичь цели, прежде чем её увидеть

Эта идея была вдохновлена тем, как животные взаимодействуют с окружающим миром. Птицы используют осязание, чтобы контролировать последние моменты приземления, ощущая ветку лапами и корректируя захват в режиме реального времени. Доцент, доктор Салуа Хамаза хотела наделить летающих роботов такой способностью.

В результате была создана легкая антропоморфная кисть, предназначенная для полета. Она имеет три пальца, каждый из которых состоит из трех фаланг (сегментов), пропорции которых вдохновлены строением человеческой кисти. Торсионные пружины естественным образом сжимают пальцы, благодаря чему дрон может удерживать захват без затраты энергии после приземления. По одному тросу на каждый палец обеспечивает их разгибание, а мягкие силиконовые накладки обеспечивают трение и позволяют кисти приспосабливаться к различным поверхностям и текстурам.

Девять тактильных датчиков на роботизированной кисти

Каждая фаланга оснащена тактильным датчиком: небольшим медным электродом под силиконовой поверхностью. Когда он соприкасается с объектом, электрический сигнал изменяется, формируя простой сигнал «да» или «нет» в зависимости от наличия контакта. Сам по себе этот сигнал содержит ограниченную информацию. Но поскольку дрон знает форму и положение своих пальцев, он может точно определить, где именно происходит каждое прикосновение. Простой сигнал о контакте преобразуется в точку в пространстве и направление, в котором нужно двигаться.

Такой подход является надежным, поскольку использует осязание для исправления ошибок восприятия. В ходе летных испытаний исследователи обнаружили, что дрон оставался надежным даже в тех случаях, когда исходные оценки положения, ориентации и размера цели были неверными, в то время как обычная стратегия, основанная на машинном зрении, быстро терпела неудачу.

Прикосновение — преимущество, а не препятствие

Эта работа открывает путь к созданию дронов, способных в течение длительного времени осуществлять мониторинг окружающей среды даже там, где одного лишь зрения недостаточно, например, в кронах деревьев, на сложных промышленных конструкциях или в местах, где отсутствуют системы фиксации движения.

В более широком смысле исследование свидетельствует об изменении подхода к контакту в аэроробототехнике: его можно рассматривать не как риск, которого нужно избегать, а как источник информации для управления действиями. Так же, как в природе, будущие дроны могут использовать осязание, чтобы ориентироваться в окружающем мире и находить места для посадки, которые они пока не могут полностью увидеть.

Источник: TechXplore