Wyobraź sobie drona, który może startować pionowo jak śmigłowiec, a potem latać szybko jak samolot. Badacze z MIT opracowali zaawansowane algorytmy trajektorii oraz kontroli lotów typu „tailsitter”, które pozwalają na wykonywanie skomplikowanych akrobacji w powietrzu.
Co to właściwie jest?
To samolot o stałym skrzydle, który startuje i ląduje pionowo, opierając się o swój ogon. Po starcie pochyla się w poziomie do lotu do przodu. W przeciwieństwie do tradycyjnych dronów czterowirnikowych, „tailsitter” jest szybszy i bardziej wydajny. Dzięki swojej wszechstronności, może latać nad dużym obszarem, ale też zawisnąć w miejscu. Z tego powodu idealnie nadaje się do zadań, takich jak poszukiwanie i ratownictwo czy dostarczanie paczek.
Tradycyjne metody planowania trajektorii upraszczają dynamikę systemu lub korzystają z dwóch różnych modeli – jeden dla trybu śmigłowca, drugi dla trybu samolotu. Metody te nie są w stanie zaplanować ani wykonać trajektorii tak zaawansowanych jak te, które opracowali badacze z MIT.
Ezra Tal, główny autor badania, podkreśla, że chcą w pełni wykorzystać możliwości tych maszyn. Zauważa, że mimo ich niewielkich rozmiarów, są bardzo mocne i zdolne do wykonania fascynujących akrobacji. Dzięki ich podejściu, mogą uwzględnić cały zakres możliwości lotu.
Wyzwania związane z trajektoriami
Chociaż ta koncepcja została wymyślona przez Nikolaja Teslę w 1928 roku, z powodu skomplikowanej dynamiki ruchu tego typu maszyn, większość badań i komercyjnych zastosowań skupiła się na dronach łatwiejszych do sterowania, takich jak quadcoptery. Badacze z MIT skupili się natomiast na globalnym modelu dynamiki, który uwzględnia wszystkie warunki lotu.
Kluczowym krokiem w generowaniu trajektorii jest upewnienie się, że samolot może faktycznie ją wykonać. Wykorzystując właściwość matematyczną zwaną „differential flatness”, badacze mogą szybko sprawdzić, czy jest ona wykonalna. Dzięki temu, ich algorytm pozwala na planowanie trajektorii w czasie rzeczywistym.
Następnie przetestowano algorytm w praktyce, realizując różne trudne trajektorie dla tailsitterów w przestrzeni lotniczej MIT. W jednym z testów wykonano „pokaz lotniczy” z udziałem trzech synchronizowanych latających robotów wykonujących pętle, ostre zwroty i przelatujących przez powietrzne bramki.
