Специалисты Центра компетенций НТИ по направлению «Технологии компонентов робототехники и мехатроники» на базе Университета Иннополис назвали разработку Tensodrone.
Он способен выдержать падение с двадцатиметровой высоты и сохранить работоспособность после удара.
Новейший ударопрочный беспилотник Университета Иннополис сконструирован по принципу тенсегрити, который используется в архитектуре при строительстве мостов.
Робот выглядит как каркасная конструкция, в которой используется взаимодействия стержней, работающих на сжатие, и растягиваемых тросов. Стержни не соприкасаются друг с другом, они висят в пространстве, а их относительное положение фиксируется тросами, поэтому ни один стержень не изгибается. Моторы, камеры, контроллеры и другие элементы беспилотника устанавливаются в разных частях тенсегрити-структуры. Схема установки элементов может изменяться.
Разработку Tensodrone сотрудники из разных лабораторий центра начали летом 2019 года. Первые прототипы тенсегрити-роботов создавались из обычных деревянных палочек и резинок, далее конструкция усложнялась, применялись элементы из углепластика.
В робототехнике этот принцип уже используется для разработки податливых, легких и ударопрочных роботов. Самый известный аппарат, работающий на принципе тенсегрити, — наземный робот NASA Super Ball Bot для исследования поверхностей планет.
БПЛА подобной конструкции разрабатывались в Имперском колледже Лондона, однако их опытный образец не прошёл этап тестирования. «Разработчики из Англии не решили концептуальные проблемы и не придумали, как качественно реализовать такой дрон: их прототип не смог взлететь. Конструкция в отличие от нашей — это жесткий дрон внутри тенсегрити-клетки. Наша команда встроила элементы дрона в тенсегрити-структуру, которая тем самым является и рамой, и защитной клеткой одновременно», — объясняет Роман Федоренко, доцент центра.
Младший научный сотрудник Университета Иннополис Дмитрий Девитт говорит: «Для конструкции рабочего прототипа мы использовали карбоновые трубки и кевларовые нити с изготовленными на заказ пружинами. Другие мелкие элементы печатаются карбоном и мягким пластиком на 3D-принтере. Эти материалы в дополнение к принципу тенсегрити обеспечивают высокую прочность Tensodrone: во время испытаний после падения с 20 метров прототип не терял работоспособность и не повреждался».
Аппарат можно использовать для инспекции и картографирования помещений, а за счёт высокой прочности применять в труднодоступной для человека среде.
«Сейчас Tensodrone летает на улице самостоятельно по заданной миссии, в том числе по GPS. Мы интегрируем в него наши алгоритмы планирования движения для автономного обследования и картографирования помещений с обходом препятствий», — рассказывает Роман.
В перспективе аппарат доработают до новой возможности: БПЛА сможет изменять форму за счёт активного изменения длины стержней или натяжения тросов. Тенсодрон с изменяемой в полете геометрией сможет, к примеру, облетать пространства с большим количеством препятствий.
Сейчас разработчики Университета Иннополис готовятся к патентной защите Tensodrone и планируют коммерческое развитие проекта.
Глобальный рынок беспилотников по оценкам авторов дорожной карты «Аэронет» может составить более $200 млрд к 2025 году. Из них на долю России может прийтись более $35-40 млрд, а в использовании и продаже будет находится до 2,5 млн устройств российского производства — это 3% от мирового рынка. По менее оптимистичным предположениям авторов портала ResearchAndMarkets.com, объем рынка БЛА вырастет с $19.3 млрд в 2019 году до $45.8 млрд к 2025 году, причем среднегодовой прирост составит порядка 15.5%. Основным сдерживающим фактором является неразвитая в этой области законодательная система большинства стран.
Сейчас на мировом рынке похожее по конфигурации с Tensodrone устройство продаёт швейцарская компания Flyability. Elios используют для инспекций труднодоступных и вредных локаций в Турции, Чили, США и других странах. Цена такого дрона в зависимости от комплектации начинается от 3 млн рублей.
Дистанционно управляемый БПЛА Elios 2 UAV компании Flyability используется для инспекции установки жидкостного каталитического крекинга на НПЗ Измит в Турции. По утверждениям Flyability, прямая экономия Tüpraş составила несколько сотен тысяч долларов США благодаря снижению простоя при инспекции на 2,5 суток и устранению необходимости срезать верхнюю часть стояка реактора, а также сэкономило 170 человеко-часов на инспекцию.
По подсчетам специалистов Университета Иннополис, серийный Tensodrone на рынке будет стоить около 1,5 млн рублей. В эту стоимость войдут наземный пульт управления и камеры со съемкой в высоком разрешении.
Видео: https://youtu.be/Ni_wh-t9qR0
Об университете
Университет Иннополис специализируется на образовании, исследованиях и разработках в области информационных технологий и робототехники. Вуз работает по уникальной для России модели, сочетающей образование, науку и бизнес.
В июне 2018 года на базе университета официально открылся Центр компетенций НТИ по направлению «Технологии компонентов робототехники и мехатроники». В нем работают 6 лабораторий, которые занимаются изучением и разработками в области антропоморфной и промышленной робототехники, беспилотного транспорта и летательных средств, нейронауки и искусственного интеллекта. В консорциум центра входят 56 партнёров — ведущие вузы и академические институты страны, крупные индустриальные предприятия и зарубежные партнёры: Сбербанк, Аэрофлот, РЖД, Газпромнефть, РУСАЛ, КАМАЗ, ИТМО, ДВФУ, ВолГТУ, ИжГТУ. В мае 2019 года специалисты центра вместе с членами консорциума презентовали дорожную карту развития робототехники и сенсорики в России до 2024 года.
Ещё один связанный с Tensodrone проект, ведущийся в центре, — научные исследования по гранту от Российского научного фонда. Команда под руководством старшего научного сотрудника центра Сергея Савина разрабатывает математический аппарат для моделирования, проектирования и управления робототехническими системами с напряженно-связанными структурами с переменной жесткостью. Результаты этой работы можно применять для летательного аппарата, а также для других тенсегрити-роботов или шагающих роботов.
