Mindössze 50 gramm súlyú, és 24 percet töltött a levegőben egy feltöltéssel.

A természet inspirálta

Mint sok más műszaki megoldást az eddig megvalósultak közül. Jelen esetben a juharfa termése, amely gyorsan pörögve a levegőben csak nagyon lassan ér földet.

A drónok a viszonylag egyszerű és mostanra eléggé elterjedt, több rotoros kialakításra helyezik a hangsúlyt a nagy teljesítmény, teherbírás és moduláris gyárthatóság miatt. A több motor és a gyorsan forgó lapátok gyorsan felemésztik az akkumulátor energiáját, amit a gyártók nagyobb akkumulátorokkal igyekeznek ellensúlyozni, ami egyben pluszsúlyt is jelent, lerontva a hatékonyságot.

A Science Robotics című szaklapban ezen a héten megjelent tanulmányban a City University of Hong Kong kutatói egy olyan drónnal álltak elő, amelyet a juharfa magjai ihlettek, kevesebb mint 50 grammot nyom, de több mint 24 percig képes stabilan lebegni.

drón

Kevesebb mint 50 grammot nyom, de több mint 24 percig képes stabilan lebegni – fotó: Science Robotics

A juharmaghüvelyek (latinul samara - ikerlependék termés) azok, amiket ősszel látunk a juharfákról lefelé pörögni. A maghüvelyeket a maximális levegőben töltött időre és nagy megtehető távolságra alakította az evolúció.

A Samara drónok (vagy általánosabban monokopterek) már jó ideje léteznek. Kiváló passzív, pörgős siklórepülők, ha a levegőben ledobják őket, a szárny csúcsán elhelyezett kis légcsavarokkal motoros repülésre is képesek. Ez a különleges kialakítás szimmetrikus, két nagyméretű szárnyat használ, mindegyikhez egy-egy csúcspropeller tartozik. Az elektronika, az akkumulátor és a hasznos teher középen van, a repülési folyamat abból áll, hogy az egész jármű körülbelül 200 fordulat/perc sebességgel forog.

A bikopter eredendően stabil, a szárnyak aerodinamikai csillapítóként működnek, ami passzív magassági stabilizációt eredményez, amivel még az emberek is nehezen boldogulnak. A kis akkumulátorral ellátott drón mindössze 35 grammot nyom, a szárnyfesztávolsága pedig körülbelül 60 centiméter.

A hatékonyság kulcsa, hogy a légcsavarokat nem a felhajtóerőhöz használják, hanem a szárnyak megforgatására, és innen származik a felhajtóerő. A teljes 3D-s irányítást úgy érik el, hogy a propellereket a jármű forgásának meghatározott pontjain óvatosan pulzálják, hogy bármilyen irányba lefordíthassák. A 650 milliamperórás akkumulátorral (amely hozzájárul a jármű 42,5 g-os össztömegéhez) a drón 24,5 percig képes egy helyben lebegni. A tömeg és az energiafogyasztás aránya kétszer jobb, mint más kisméretű többrotoros drónokénak.

Talán elgondolkodtató, hogy egy ilyen platform alapvetően mennyire hasznos, ha folyamatosan pörög. Egyes érzékelők egyszerűen nem törődnek a pörgéssel, míg más érzékelőknek maguknak kell pörögniük, ha már nem pörögnek, így könnyen belátható, hogy ez a pörgési hatás valójában előnyös lehet például a lidar számára.


A kamerák egy kicsit bonyolultabbak, de a kamerák képkockasebességét a drón pörgési sebességéhez szinkronizálva a kutatók képesek voltak egy 22 grammos kamera hasznos terhelésével egyszerre négy 3,5 fps sebességű videót rögzíteni, egyszerre minden irányról videót rögzítve.

Az ilyen samarai ihletésű konstrukciók előnyei ellenére nem láttuk, hogy kutatási kontextuson kívül nagy előrelépést értek volna el, ami nagy kár. Úgy tűnik, hogy a hozzáadott bonyolultság elég ahhoz, hogy legalábbis a legtöbb fogyasztói és kutatási alkalmazás esetében egyszerűbb legyen hagyományos kvadrotorokat építeni. A közeljövőbeni alkalmazások olyan helyzetek lehetnek, amikor könnyű, viszonylag hosszú élettartamú, funkcionális légi térképező vagy megfigyelő rendszerekre van szükség.

"A bioinspirált forgószárnyas drón passzív helyzetstabilitással és hatékony lebegő repüléssel" című, Songnan Bai, Qingning He és Pakpong Chirarattananon, a City University of Hong Kong munkatársai által készített tanulmány a Science Robotics című folyóiratban jelent meg.