Японці оснастили безпілотний аеростат п'єзоелектричними двигунами

Японські інженери створили безпілотний аеростат, що являє собою кулю з гелієм, здатний маневрувати за допомогою п'єзоелектричних повітряних двигунів. Оскільки в апараті не використовуються гвинти і жорсткий корпус, що обертаються на високій швидкості, він становить меншу небезпеку для оточуючих, розповідають автори статті, представленої на конференції CHI 2019.

Абсолютна більшість аматорських безпілотних літальних апаратів являють собою мультикоптери з іншою кількістю роторів, що підтримують себе в повітрі завдяки обертанню гвинтів. Такий механізм дозволяє зробити конструкцію простою і дешевою, але в той же час має і недоліки. Наприклад, один з них полягає в тому, що гвинти, які обертаються на високій швидкості, можуть завдати серйозної травми при зіткненні з людиною. Для вирішення цієї проблеми в деяких серійних пристроях використовуються захисні елементи корпусу, що перешкоджають контакту гвинтів з іншими предметами, а в лабораторних розробках пропонуються більш досконалі механізми, наприклад, активна система захисту, що зупиняє електромотор при наближенні стороннього об'єкта до гвинта.

Даідзо Ікеда (Daizo Ikeda) і його колеги з дослідницького підрозділу компанії NTT docomo підвищили безпеку безпілотника, замінивши електромотори з обертовими гвинтами на ультразвукові п'єзоелектричні двигуни. Крім того, безпека підвищується і за рахунок використання м'якого корпусу. Він являє собою 61-сантиметрову кулю з покритої алюмінієм полімерної плівки, що вміщує 140 літрів гелію, завдяки якій апарат може нести на собі вантаж масою 89 грамів. Зовні на кулі закріплена тонка рама з вуглецевих волокон, на якій закріплені 24 двигуни, а також плата керування, акумулятор і камера.

Маса всіх компонентів підібрана таким чином, щоб аеростат мав нейтральну плавучість у повітрі, двигуни необхідні йому тільки для маневрування. Вони організовані в дві групи по 12 двигунів, розташовані на протилежних сторонах кулі. Кожен двигун являє собою невелику камеру з великим отвором на одній стороні і малим на протилежній. Всередині цієї камери розташовується п'єзоелектричний елемент, який коливається з частотою 26 кілогерць і змушує повітря переміщатися з великого отвору в малий. Оскільки двигуни працюють на такій великій частоті, вони видають ультразвук і люди навколо можуть почути лише тихий звук виходить із сопла повітря. Вимірювання показали, що на відстані трьох метрів гучність звуку від двигунів становить не більше 51 децибел, що приблизно відповідає гучності звичайної розмови в тихому приміщенні.

Розробники продемонстрували відео польоту аеростата і показали, що він стійкий до зовнішніх впливів. Автори вважають, що в майбутньому на основі цієї розробки можна створити безпілотник для проекції на нього реклами, важливих оголошень або особи співрозмовника по відеозв'язку. Інженери відзначають, що їм не вдалося вирішити одну з головних проблем малих безпілотників: час роботи двигунів на максимальній тязі становить близько 30 хвилин, хоча сама куля може залишатися в повітрі протягом декількох тижнів.

У 2016 році швейцарські інженери створили безпілотник на базі кулі з гелієм, однак він маневрував за рахунок звичайних електромоторів з гвинтами. Інженери так само вирішили використовувати його для виведення зображення на поверхню, але запропонували робити це за допомогою проектора, встановленого всередині кулі, а не зовні.