Дрон научили цепляться за ветки как летучую мышь: видео
Исследователи Делфтского технического университета в Нидерландах разработали дрон, который может находить подходящее место для посадки с помощью осязания. Результаты работы опубликованы в журнале npj Robotics. Вместо того чтобы полагаться только на камеру, аппарат ощупывает ветку специальной трехпальцевой рукой, определяет ее положение и надежно за нее цепляется.
Такой подход пригодится там, где обзор с камеры ограничен. Например, в густом лесу ветки и элементы самого манипулятора могут закрывать дрону цель. После захвата он отключает двигатели и остается висеть на ветке, не расходуя энергию на поддержание полета.
Как дрон ищет ветку
Дрон начинает с приблизительной оценки положения ветки и не пытается сразу попасть в нее. Аппарат выполняет поисковый маневр по траектории в форме восьмерки, одновременно открывая и закрывая пальцы.
Первое касание дает информацию о положении ветки. Затем дрон корректирует свое положение и поворачивается, пока датчики на всех трех пальцах не зафиксируют устойчивый контакт. Если захват не удается, аппарат отходит, возвращается в безопасное зависание и повторяет попытку.
Исследователи вдохновлялись поведением птиц. Во время посадки они используют не только зрение, но и осязание, чтобы почувствовать ветку лапами и скорректировать захват.
«Зрение подсказывает, где находится объект, до того момента, когда это действительно становится важно. А затем собственный захват дрона начинает закрывать обзор. У животных такой проблемы нет, потому что они используют осязание для обратной связи. Мы хотели дать дрону такую же возможность: проникать в пространство, которое он не может полностью видеть, чувствовать, что находится перед ним, и корректировать свои действия уже во время контакта», — говорит соавтор работы Салуа Хамаза.
Девять датчиков в трех пальцах
Манипулятор дрона напоминает человеческую кисть. У него три пальца, каждый состоит из трех фаланг, то есть отдельных сегментов. Пальцы закрываются с помощью торсионных пружин, поэтому после захвата для удержания ветки энергия не требуется. Открывает каждый палец отдельный трос.
На поверхности пальцев расположены мягкие силиконовые накладки, которые увеличивают сцепление и позволяют захватывать объекты разной формы и фактуры.
Каждая фаланга оснащена тактильным датчиком. Под силиконовой поверхностью находится медный электрод, который реагирует на прикосновение. Сам по себе датчик сообщает лишь о наличии контакта. Но дрон знает геометрию и положение собственной руки, поэтому по нескольким касаниям может определить, где находится ветка и под каким углом она расположена.
«Каждый датчик сообщает нам только одно: "здесь что-то есть". Но если известна форма собственной руки, этого достаточно, чтобы восстановить положение ветки и ее ориентацию. Дрон постепенно создает все более точное представление об объекте, просто сталкиваясь с ним», — объясняет исследователь TU Delft Антон Бреденбек.
Осязание помогает экономить заряд
Испытания показали, что система сохраняет работоспособность даже при ошибках в первоначальной оценке положения, размера и ориентации ветки. Стратегия, основанная только на зрении, в таких условиях быстро теряла надежность.
После посадки дрон может отключить двигатели и использовать ветку как опору. Это позволяет экономить заряд во время длительного наблюдения за окружающей средой.
Разработчики считают, что технология может пригодиться для работы в кронах деревьев, среди сложных промышленных конструкций и в других местах, где камеры не всегда дают надежную информацию. В такой системе контакт с окружающими объектами становится не помехой, которой нужно избегать, а дополнительным способом получить данные о мире.
