پژوهشگران دانشگاه شربروک در کبک، کانادا، پهپادی چهارپره به نام «آیس دارت» ساختهاند که میتواند روی سطوح یخی با شیب تا ۶۰ درجه فرود بیاید و موقعیت خود را حفظ کند. این دستاورد میتواند امکان استفادهی طولانیمدت از پهپادها برای پایش محیطهای سخت و سردسیر را فراهم کند.
فرود روی یخ برای پهپادهای معمولی چالش بزرگی است. پهپادهای مجهز به پایههای لاستیکی از شیبهایی در حدود ۹ درجه بهتدریج چسبندگی خود را از دست میدهند. با افزایش شیب نیز نیروی گرانش کمتری پهپاد را به سطح فشار میدهد؛ برای مثال، روی دیوارهای با شیب ۶۰ درجه، نیرویی که پهپاد را به سطح میفشارد، فقط نصف مقدار معمول است.
آیس دارت برای حل مشکل از رویکردی موسوم به «نشست روی سطح» استفاده میکند؛ روشی در رباتیک که از توانایی پرندگان، حشرات و گکوها برای گرفتن و چسبیدن به سطوح الهام گرفته است. پهپاد پس از فرود میتواند موتورهای پرمصرف و پرصداتر خود را خاموش کند و به حسگری ثابت تبدیل شود؛ بنابراین برخلاف پهپادی که باید دائماً در هوا معلق بماند، میتواند برای مدت طولانیتری به پایش محیط ادامه دهد.
پخش از رسانه
پژوهشگران پیشتر نمونههایی ساختهاند که میتوانند شاخهی درخت، دیوارهای زبر و حتی خودروهای در حال حرکت را بگیرند؛ اما یخ، بهویژه یخچالهای طبیعی با شیب زیاد و شرایط متغیر، همچنان یکی از دشوارترین سطوح برای این فناوری بود.
بهگزارش نیواطلس، ایزاک تانی، پژوهشگر پسادکتری مهندسی مکانیک و رباتیک در دانشگاه شربروک و نویسندهی اول مطالعه، میگوید: «الهام طراحی خارهای جمعشوندهی پایهها از پنجههای گربه گرفته شده است؛ میخواستم پایههایی بسازم که خارهایشان در زمان مناسب، بدون توجه به جهت پهپاد، هندسه سطح یا شرایط یخ، بهصورت طبیعی و غیرفعال در یخ درگیر شوند.»
سازوکار آیس دارت از سه بخش اصلی تشکیل شده است: چهار پایه فیبرکربنی پهپاد که به شکل X قرار گرفتهاند، در مجموع به وزن ۲٫۶۵ کیلوگرم برای کل پهپاد میرسند. در انتهای هر پایه، پایهای با دو خار فنری قرار دارد که در جهت مخالف یکدیگر هستند. در صورت فرود رو به بالادست، یکی از خارها و هنگام فرود رو به پاییندست، خار دیگر در یخ فرو میرود؛ بنابراین لازم نیست خلبان زاویه فرود ایدهآل را محاسبه کند.
بخش دوم، سامانهی فرود مجهز به جذب ضربه است که از ۳۸ دیسک اصطکاکی تشکیل شده و انرژی برخورد را جذب میکند تا پهپاد پس از تماس با سطح به بالا نجهد. این موضوع اهمیت زیادی دارد، زیرا خارها تنها زمانی میتوانند در یخ فرو بروند که پایهها پس از فرود همچنان فشرده باقی بمانند.
در مرحلهی سوم، موتورها برای کسری از ثانیه پس از تماس، نیروی رانش خود را معکوس میکنند و پهپاد را به سمت سطح میفشارند. فشار به فرو رفتن خارها در یخ کمک میکند و در شیبهای تندتر، جایی که نیروی گرانش بهتنهایی کافی نیست، اهمیت بیشتری دارد.
تیم پژوهشی آیس دارت را در شرایط واقعی نیز آزمایش کردند و پهپاد را در یخچال طبیعی فیالسیُکوتل در ایسلند به پرواز درآوردند. آزمایشها در دمای بین صفر تا ۱۰ درجه سانتیگراد و با تندبادهایی با سرعت بیش از ۳۰ کیلومتر بر ساعت انجام شد. پهپاد در ۲۴ فرود روی شیبهایی تا ۵۸ درجه، در تمام موارد موفق بود. آیس دارت در آزمایشهای کنترلشدهی آزمایشگاهی نیز توانست هنگام فرود با سرعت سه متر بر ثانیه روی شیبهایی تا ۶۰ درجه فرود موفق داشته باشد.
توانایی ماندن روی سطح میتواند کاربردهای تازهای برای پایش مناطق قطبی ایجاد کند. پهپاد معلق در هوا باتری خود را در چند دقیقه مصرف میکند، اما پهپاد مستقر روی سطح میتواند ساعتها یا حتی روزها بهعنوان حسگر ثابت فعالیت کند. پژوهشگران ردیابی کوههای یخی، ایمنی دریایی، پژوهشهای محیطزیستی و پایش گستردهتر مناطق قطبی را از کاربردهای احتمالی این فناوری میدانند.
- ویدیو: این پهپاد جاسوس هماندازه یک پشه است!26 خرداد 05مطالعه '1
- این پهپاد هم پرواز میکند و هم در آب شناور میشود28 تیر 05مطالعه '1
- این پهپاد آنقدر سریع میچرخد که تقریباً از دید انسان ناپدید میشود31 تیر 05مطالعه '3
الکسیس لوسیه دزبین، استاد مهندسی دانشگاه شربروک و از نویسندگان مطالعه، میگوید: «توانایی فرود بهجای معلق ماندن میتواند نحوهی استفاده از پهپادها در محیط واقعی را اساساً تغییر دهد. پس از فرود، مصرف انرژی بهشدت کاهش مییابد و امکان مشاهدهی بسیار طولانیتر با یک هواپیمای کوچک فراهم میشود.»
بهگفتهی دزبین، پهپاد آیس دارت پس از فرود کاملاً بیصدا میشود و با خاموشکردن سامانههای اصلی روی خود، حتی میتواند اثر حرارتی و امواج رادیویی (RF) را کاهش دهد یا از بین ببرد.
البته آیس دارت هنوز نمونهای اولیه است. آزمایشهای ایسلند با حضور خلبان انسانی و پهپاد دوم برای بررسی بصری انجام شدند و سامانه هنوز بهصورت کاملاً خودکار عمل نمیکند. همچنین، این پهپاد تاکنون روی کوه یخی واقعاً شناور و درحالحرکت در آبهای آزاد آزمایش نشده است؛ سناریویی که میتواند یکی از مهمترین کاربردهای آن باشد. توسعهی قابلیت فرود خودکار و آزمایش روی چنین سطوحی، گام بعدی تیم پژوهشی برای تبدیل آیس دارت به ابزاری عملی برای پایش مناطق قطبی خواهد بود.
نتایج پژوهش در مجلهی IEEE Transactions on Field Robotics منتشر شده است.
