Блог Олега Сарычева

Беспилотник при крушении гибкий?

Блог Олега Сарычева

Дата: 29.5. 2017

Любой, кто когда-либо запускал беспилотник скажет, что рано или поздно он может потерпеть крушение и разбиться. Вопрос в том, сколько деталей из беспилотника останутся работоспособными, когда он потерпит крушение? Если бы беспилотник был гибким, то при ударе о землю он бы не пострадал, или пострадал минимально… Но гибкий беспилотник не сможет летать. Чтобы беспилотник летал, он должен быть жёсткий.

Когда к одному т тому же объекту предъявляются противоречивые (и даже взаимоисключающие) требования, мы имеем дело с физическим противоречием.

Беспилотник должен быть жёстким, чтобы он летал. И беспилотник должен быть гибким, чтобы он не разбился при ударе о землю.

В ТРИЗ (Теории решения изобретательских задач), для разрешения физических противоречий используется специальная таблица.

Используем из этой таблицы системный переход 1В: вся система наделяется свойством С, а ее части – свойством анти-С. Другими словами, беспилотник в целом должен быть жёсткий, а его части – гибкими.

В соответствии с системным переходом 1В робототехники из Швейцарии сконструировали беспилотник (квадрокоптер), который, когда летит – жёсткий. Но, благодаря специальным гибким связям, он в момент удара о землю становится гибким.

Следует отметить, что есть две основные стратегии проектирования беспилотников со свойством ударопрочности. Первая стратегия: защитное ограждение должно просто защитить пропеллеры от повреждения. У большинства коммерческих беспилотников есть что-то вроде этого. На практике такое ограждение защищает людей от ранений роторами беспилотника. Но оно мало эффективно, если беспилотник ударяется о препятствие или землю. А второй уровень защиты от ударного воздействия – беспилотник должен быть спроектирован таким способом, что он должен поглотить энергию удара, не разломавшись при этом на кусочки. Один способ сделать это: расцепить в момент удара «тело» беспилотника, скажем, используя гибкие, эластичные соединения. Получается «гибкий» беспилотник, который является очень эффективным при крушении. Но он остаётся «гибким» и во время полёта, что приводит к многочисленным проблемам. 

А в квадрокоптере швейцарских робототехников (в соответствии с системным переходом 1В) используется гибкая структура, которая удерживается в жёстком состоянии магнитами. Когда происходит столкновение, магниты от удара расцепляются, и структура становится гибкой. Как только энергия удара рассеяна, упруго-эластичные связи приводят структуру в исходное состояние. Уникальность предложенной конструкции в том, что во время полета рама квадрокоптера жёсткая, но во время столкновения с чем-либо «смягчается». Это позволяет суммировать преимущества твердых и мягких систем: устойчивость и быстрый ответ на пользовательские команды во время полета, и упругостью при крушении как мягкая система. Эксперименты показали удовлетворяющую жизнеспособность рамы беспилотника, который потерпел примерно 50 крушений без непоправимого ущерба.

Исследователи предполагают, что данный подход может быть полезен для всех видов роботов. Большинство роботов «твердо», чтобы выполнять свои полезные функции. Но способность при необходимости становиться гибким могла бы пригодиться как дополнительная мера по обеспечению безопасности для задач, включающих взаимодействие человека и робота.

Однако сами робототехники считают, что «вдохновение» для этой конструкции они получили от крыльев насекомых. Чтобы лететь, насекомым нужны крылья с высокой жесткостью. Но и гибкость очень важна для поглощения удара. Осы делают это при помощи специального сустава, который позволяет всему крылу «обратимо ломаться» во время столкновения. Крылья осы демонстрируют «двойную жесткость», которая является способностью обратимо «переключаться» между жёстким и гибким состояниями. Крыло осы содержат гибкий сустав. Он позволяет во время полета концу крыла немного сгибаться (жёсткое состояние), но обратимо сминаться во время столкновения (гибкое состояние).

Добавить в блокнот
(Голосов: 0, Рейтинг: 0)




Добавить комментарий:

Комментарии: