Исследователи из Сингапурского университета технологий и дизайна создали крошечный дрон, вдохновившись тем, как семена клена падая, вращаются в воздухе, замедляя падение и используя ветер, чтобы улететь подальше от материнского дерева.
«Полет становится все менее эффективным по мере уменьшения масштаба. Небольшие дроны часто имеют низкую продолжительность полета, поскольку их небольшие пропеллеры создают ограниченную тягу, но при этом потребляют значительную мощность. Нашей целью было преодолеть это ограничение», — объясняет Фунг Шаохуэй из Сингапурского университета технологий и дизайна.
Вдохновившись тем, как семена клена вращаясь парят в воздухе, исследователи создали дрон размером с ладонь, способный зависать в воздухе на 26 минут, используя только один мотор. Большинство небольших дронов используют четыре и более роторов. Однако в новом дроне используется только один.
Вращение всего крыла создает подъемную силу и помогает стабилизировать дрон в полете. Вращательное движение упрощает конструкцию летательного аппарата, уменьшает его вес и потери энергии.
Новый крошечный дрон, вдохновленный семенами клена/ SUTD
Это также снижает так называемую «нагрузку на диск», которая приводит к потере энергии небольшими винтами. Нагрузка на диск зависшего вертолета — это отношение его веса к общей площади диска несущего винта. Чем меньше нагрузка на диск, тем эффективнее полет.
Дрон был смоделирован на основе аэродинамического механизма вращающихся семян. Разработчики тщательно воссоздали структуру крыла и рассчитали поведение двигателя и пропеллера в условиях мощного воздушного потока.
Они точно настроили распределение массы и геометрию крыла, используя методы оптимизации на основе данных, корректируя такие переменные, как шаг, форма и центр тяжести, для достижения максимальной эффективности. По результатам лабораторных испытаний, конструкция достигла удельной мощности 9,1 граммов на ватт, превзойдя другие микролетательные аппараты своего класса.
Крыло изготовили из легкого пенопласта. Лонжерон — из углеродного волокна. При этом коробка передач и дополнительные движущиеся части отсутствуют. Есть только крошечный двигатель и ротор. Летные испытания проводились в помещении.
С помощью управления путем захвата движения дрон смог удерживать позицию и высоту в течение 26 минут, используя всего один двигатель при средней потребляемой мощности 3,5 Вт. Весь аппарат весит всего 32 грамма — примерно столько же, сколько пара батареек типа АА.
«Следующий шаг — увеличить грузоподъемность и время полета без существенного увеличения веса. Мы также планируем использовать в процессе проектирования передовые материалы и биоинспирированные морфологии крыльев», — отметил один из руководителей исследования, научный сотрудник Цай Синьюй.
Благодаря своей эффективности, простоте и компактности эти крошечные дроны могут идеально подойти для таких задач, как размещение метеодатчиков на воздушных шарах, разведка в зонах стихийного бедствия или проведение экологических исследований в местах, недоступных для более крупных дронов. Исследователи считают, что этот новый подход может повлиять на долгосрочную перспективу.
Источник: ZME Science