Радіокерований орнітоптер провів у повітрі майже дев'ять хвилин

Корейські інженери створили невеликий радіокерований двукрилий орнітоптер, здатний проводити в повітрі 8,8 хвилини без навантаження і 7,5 хвилини з посадковими опорами і вантажем, маса якого аналогічна невеликому модулю камери і супутнім компонентам. За другим показником новий орнітоптер перевершує попереднього власника рекорду з порівнянною масою і розміром. Стаття про розробку опублікована на arXiv.org.

Дослідники давно намагаються створити мініатюрну альтернативу класичним дронам-мультикоптерам, що копіює птахів і комах з крилами. У 2005 році DARPA запустило програму з розробки невеликого літаючого робота для розвідки. Створити апарат, який повністю підпадає під вимоги програми, не вдалося, але компанія AeroVironment, яка брала участь у ній, розробила легкий і невеликий орнітоптер Nano Hummingbird. Він мав два крила і корпус, схожі на колібрі, а також невелику відеокамеру. Незважаючи на те, що з моменту його створення в 2011 році пройшло вже майже десятиліття і було проведено багато інших розробок в цій області, полегшена версія цього апарату досі утримує рекорд тривалості польоту компактного безхвостого орнітоптера, що становить 11 хвилин, причому відрив від аналогів становить більш ніж два рази.

Пак Чхоль-Хун (Hoon Cheol Park) з Університету Конкук і його колеги створили новий компактний безхвостий орнітоптер KUBeetle-S, який в навантаженому стані перевершує тривалість польоту Nano Hummingbird. Маса апарату становить 15,8 грамів, а розмах крила дорівнює 20 сантиметрам. У нього є пара крил, що складаються з майларової плівки, посиленої тонкими вуглеволоконними стрижнями.

Крила приводяться в рух одним електромотором, що роздає зусилля на обидва крила. Для маневрів у орнітоптера є три додаткових сервоприводи: два з них нахиляють верхній блок, на якому тримаються крила, і тим самим нахиляють вектор тяги в потрібний бік, задаючи крен і тангаж. А для управління нишком, тобто поворотом навколо вертикальної осі, один із сервоприводів відхиляє нижні кромки крил на протилежні боки.

Також в апараті встановлена плата управління з процесором, інерціальним датчиком (акселерометром і гіроскопом) для стабілізації польоту, літій-полімерний акумулятор ємністю 160 міліампер-годин і два прийомопередавачі для отримання команд і відправки телеметрії.

Тестові польоти показали, що робот може стабільно зависати в повітрі, злітати зі швидкістю 1,1 метра в секунду і швидко перемикатися між зависанням на місці і польотом вбік зі швидкістю 2,5 метра в секунду. У конфігурації без посадкових опор робот здатний стабільно триматися в повітрі 8,8 хвилини. Для запуску без посадкових опор його потрібно взяти в руки, запустити крила і відпустити.

Інженери також провели тест з посадковими опорами і корисним навантаженням загальною масою 2,3 грама, яка, за їх розрахунками, відповідає масі камери і супутніх компонентів. У такій конфігурації орнітоптер при частоті помахів 18 герц протримався в повітрі 7,5 хвилини, що майже в два рази більше тривалості польоту Nano Hummingbird в повноцінній конфігурації з камерою, посадковими опорами і корпусом, яка становить чотири хвилини.

Компактні орнітоптери можуть послужити не тільки платформою для зйомки, але і в якості дослідницького інструменту. У 2018 році нідерландські інженери створили чотирикрилий орнітоптер DelFly і з його допомогою експериментально підтвердили механізм, що пояснює здатність дрозофіл різко повертати під час відходу від хижака.