Mikromechaniczny owad latający - Micromechanical Flying Insect

Mikromechaniczne Pływające owadów ( MFI ) jest miniaturowy (UAV bezzałogowego ), składający się z metalowego korpusu, dwa skrzydła i systemu sterującego. Uruchomiony w 1998 roku, jest obecnie badany na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley . MFI należy do grupy UAV, które różnią się wielkością i funkcją. MIF okazuje się być praktycznym podejściem do konkretnych sytuacji. Projekt finansuje Agencja Projektów Zaawansowanych Badań Marynarki Wojennej i Obrony USA . Pentagon ma nadzieję, że użyje robotów jako potajemnych „much na murach” w operacjach wojskowych. Inne potencjalne zastosowania obejmują eksplorację kosmosu oraz poszukiwania i ratownictwo .

Porównanie z innymi UAV

Istnieje wiele UAV, które wykonują różne operacje. MIF ma największe potencjalne zastosowanie dla wojska Stanów Zjednoczonych. Obecnie w tej dziedzinie istnieją różne UAV, które wykonują zadania, takie jak zdobywanie informacji na polu bitwy lub bycie wabikiem dla potencjalnych pocisków. Jeśli chodzi o zdobywanie informacji na polu bitwy, wojsko używa wielu dronów do wykonywania różnych misji. Siły zbrojne Stanów Zjednoczonych są stale ulepszane do bardziej niewidzialnych UAV, które mogą wykonywać więcej misji, pozostając praktycznie niewykrywanymi. Podstawowe kwalifikacje na UAV klasy wojskowej obejmują:

  • Rozmiar
  • Poziom hałasu
  • Wszechstronność

To sprawia, że ​​MFI jest świetnym kandydatem do wojska. Przejmuje funkcje większych UAV i zamienia je w miniaturowe niewykrywalne urządzenie. Praktycznie eliminuje rozmiar i poziom hałasu oraz zwiększa wszechstronność wykraczającą poza możliwości obecnych UAV. Faktyczne „zgniatanie” tych możliwości do MFI rodzi problem stworzenia elastycznej ramy i pary skrzydeł z autonomicznym komputerem do sterowania nimi.

Aspekty techniczne

Struktura i materiały

Początkowe prototypy MFI ważyły ​​100 miligramów i miały rozpiętość skrzydeł 2 cm. Zostały zbudowane z belek ze stali nierdzewnej i elementów elastycznych polimerowych jako połączeń. Stworzyło to stosunek masy do udźwigu, co doprowadziło do problemu z osiągnięciem lotu. Belki i połączenia zostały następnie zmienione na lżejsze materiały, które działają lepiej. Belki zostały zamienione ze stali nierdzewnej na belki z włókna węglowego o strukturze plastra miodu , podczas gdy połączenia zostały zmienione na silikonowe , naśladując typowe struktury mikromechaniczne. Koszt budowy tych surowców wynosi około 10 centów.

Funkcje i mobilność

Ogólna funkcjonalność MFI jest podzielona na mniejsze komponenty, które spójnie współpracują ze sobą, aby utrzymać stabilny i określony wzorzec lotu. Te komponenty to:

  • Zasilanie - pakiet akumulatorów, który można ładować za pomocą paneli słonecznych na korpusie zewnętrznym
  • System sensoryczny - grupa składająca się z dwojga oczu oraz wielu czujników temperatury, wiatru i prędkości
  • Lokomotywa i sterowanie - skrzydła połączone z odpowiednimi siłownikami
  • Komunikacja - wewnętrzna sieć algorytmów i sygnałów sensorycznych

Jednostki te współpracują ze sobą, wykonując określone zadanie, takie jak „lot do przodu”, ponieważ dane wejściowe i sygnały są przesyłane do obu skrzydeł, aby wytworzyć skalibrowane wyjście do wykonania zadania. Jest to bardziej szczegółowy obraz przepływu operacji; początkowy system wizualny analizuje położenie w trójwymiarowej przestrzeni, obliczając przemieszczenie między obiektami a nim samym. Następnie wybiera się muchę do wykonania zadania, np. „Znajdź obiekt” lub „eksploruj”. W przeciwieństwie do innych UAV, MFI musi mieć autonomiczny system komputerowy, ponieważ jest zbyt mały, aby można go było sterować zdalnie, więc musi być w stanie sam się utrzymać. Po wybraniu akcji sygnał przechodzi do układu inercjalnego, aby następnie rozdzielić określone funkcje związane z działaniem na skrzydła. Skrzydła wykorzystują następnie szereg czujników, aby dostarczyć jak najdokładniejszy ciąg skrzydeł, aby wykonać akcję.

Problemy i komplikacje

Istnieją problemy związane z tym systemem, które pojawiły się podczas rozwoju MIF, a to wymagało dalszych badań. Pierwszym problemem jest wstępne wprowadzenie danych wizualnych, które mają zostać obliczone. W danych uzyskanych przez „oczy” występuje znaczny poziom szumów, gdy są one przekazywane przez system do skrzydeł, generuje niedokładny sygnał wyjściowy, a zatem nie uzyskuje prawidłowego działania początkowego.

Kolejnym problemem jest metoda „unoszenia się” MIF. Zasadniczo MFI musi być w równowadze w trójwymiarowej przestrzeni, wytwarzając ciąg skrzydeł, który utrzyma żądaną wysokość. Problem z tą koncepcją polega na niewystarczających badaniach nad wzorcami lotu much, a ponadto na stworzeniu algorytmu do wykonywania takich wzorców.

Kalendarium rozwoju

  • 1998 - Na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley rozpoczęto badania w ramach kontraktu na 2,5 miliona dolarów.
  • 2001 - Prototyp (z jednym skrzydłem) wykazał siły ciągu na stanowisku testowym.
  • 2002 - Przeniesiono produkcję z giętej stali nierdzewnej na włókno węglowe.
  • 2003 - 500 mikroNewtonów siły nośnej z jednego skrzydła zademonstrowano na stanowisku testowym.
  • Od 2003 do chwili obecnej - Prace koncentrowały się na zmniejszeniu masy, zwiększeniu gęstości mocy siłownika, zwiększeniu wytrzymałości ramy powietrznej i poprawie kontroli nad skrzydłami.

Bibliografia

Linki zewnętrzne