Современные и перспективные летающие роботы, целевое использование при проведении спасательных работ

Список использованной литературы

1. Шахнович И.В. Современные технологии беспроводной связи / И.В. Шахнович. - М.: Техносфера, 2006. - 288 с.

2. Поспелов Б.Б. Реализация концепции адаптируемого канала связи в авиационных радиолиниях / Б.Б. Поспелов // Радиотехника. - 2002. -Вып. 128. - С. 197-205.

СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ЛЕТАЮЩИЕ РОБОТЫ, ЦЕЛЕВОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ

А.И. Ячевский, курсант, П.А. Куприянов, курсант, Р.И. Праслов

Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

В статье рассматриваются современные и перспективные беспилотные летательные аппараты, обсуждаются пути их перспективного развития и совершенствования, их целевое использование при проведении спасательных работ.

Летающие роботы в настоящее время уже получили широкое распространение, это и относительно большие беспилотные самолеты, и крошечные вертолеты, способные выполнять в воздухе весьма сложные фигуры.

Беспилотные летательные аппараты применяются и в МЧС России. Министр Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий Владимир Пучков предложил оснастить региональные центры МЧС и региональные спасательные отряды одним-двумя беспилотниками для опытного использования. Беспилотный летательный аппарат (далее БЛА) Zala 421-16 (Рис.1) . БЛА Zala 421-16 летательный аппарат самолетного типа, назначением которого является исследование и наблюдение за заданной местностью, а также расположенных на ней объектов. Беспилотный аппарат ZALA 421-16 построен с использованием аэродинамической схемы "летающее крыло" Как отмечается, ZALA 421-16 ЕМ весит чуть более шести килограммов, может находиться в воздухе до двух часов и развивает скорость до 110 километров в час. Радиус действия БЛА — 25 километров, максимальная высота полета — три километра. Аппарат запускается при помощи катапульты и приземляется на парашюте. Беспилотник может оснащаться видеокамерой или тепловизором, а также фотоаппаратом высокого разрешения.

Помимо аппаратов самолетного типа для наблюдения и фиксации ситуации и её прогнозирования в МЧС России используются квадрокоптеры

Рис.1. гаЫ 421-16

Рис.2. Квадрокоптер

Приведенные беспилотные летательные аппараты имеют достаточные габариты и по этому применяются на открытых территориях и отлично справляются со своей задачей. А как быть в помещениях, где в результате аварии уровень радиации превышает предельно допустимый, либо в результате техногенной катастрофы при разрушении здания проход сил затруднен либо невозможен. Сейчас эту задачу выполняют специалисты МЧС России ценой здоровья, либо затрат драгоценного времени. В ближайшие годы, эти задачи смогут выполнять роботы, не подвергая

здоровье спасателей опасности. Рассмотрим перспективные мировые разработки в этой области.

Миниатюрный летающий робот-медуза

Исследователи из Нью-Йоркского университета создали летающего робота, движения которого отчасти копируют движения медузы под водой (Рис.3). Созданный прототип выполнен в виде пластиковой сферы, по краям которой установлены овальные гибкие «крылья», подвижные с нижней стороны. Аппарат способен зависать над определенной точкой, снижаться или набирать высоту, а также лететь в заранее определенном направлении.

Рис.3. Робот-медуза

Масса робота составляет всего два грамма. Строго говоря, аппарат сложно назвать роботом, поскольку какой-либо сложной электронной начинкой он не обладает: в корпусе установлен электромотор, получающий энергию по проводу. Из-за отсутствия какой-либо внутренней электронной начинки устройство не способно менять направление полета. «Крылья» аппарата выполняют до 20 движений в секунду.

Особенностью конструкции аппарата является то, что она не требует установки дополнительных стабилизирующих приспособлений или микросхем, отвечающих за стабилизацию аппарата в воздухе. В перспективе такая схема может быть использована для создания миниатюрных летательных аппаратов. Исследователи Нью-Йоркского университета пришли к выводу, что размеры робота определяются только массой и мощностью мотора: чем тот легче и мощнее, тем меньше аппарат.

Теоретически, использование небольших электромоторов и легких источников питания к ним позволит создавать летающих роботов, размер которых не будет превышать сантиметра.

Опытный образец летающего робота-медузы имеет размер около десяти сантиметров, но его разработчики утверждают, что без особых затруднений размеры конструкции можно сократить до одного сантиметра. И если будет найден подходящий малогабаритный и легковесный источник энергии, то такие роботы смогут обрести полную автономию, после чего можно будет начать задумываться об их практическом применении в различных целях.

Робот пчела

Конструкция робота-пчелы не является полноценным роботом, на ее борту нет элементов питания и управляющей электроники. Ток подается по тончайшим проводам, приводящим в действие пьезоэлементы, управляющие крыльями. В зависимости от частоты сокращений каждого крыла создается подъемная сила, или меняется ее вектор (Рис.4).

«Конструкция - результат 12-летних исследований», — рассказал Роберт Вуд (Robert Wood), исследователь из Института бионики Уисса Гарвардского университета.

Прототип, изготовленный в Гарварде, очень прост по конструкции. Фактически это рама с прикрепленными к ней крыльями, которые могут совершать мелкие движения при помощи пьезоматериала. К этому материалу напрямую прикреплены провода, которые подают электроимпульсы, заставляющие его сокращаться.

Частота подачи импульсов, а следовательно, и частота микродвижений крыльев — до 120 колебаний в секунду. Поэтому на фотографиях, а также на видео крылья кажутся неподвижными. Вес устройства не превышает 0,08 грамм, размах крыльев — 3 см.

Специальная высокоточная микромеханическая лазерная установка вырезает из листового материала компоненты корпуса миниробота, их монтаж производится под микроскопом.

"На самом минироботе имеются маленькие белые крапинки - это опорные точки, отслеживаемые камерами, что позволяет точно определять положение робота в пространстве. Мы же используем эту технологию, чтобы отслеживать биение крыльев нашего робота. Компьютер анализирует поступающие данные и выдает управляющие команды".«Робота-пчелу при

Рис.4а. Робот пчела Рис.4с, d. Движение крыльев робота

желании можно использовать в поисково-спасательных операциях. Ведь за счет своего очень компактного размера, она сможет проникнуть туда, куда не доберется человек».

«В настоящий момент это самый маленький летающий робот из когда-либо создававшихся человеком.

Крылья приводятся в движение миниатюрными пьезоэлектрическими моторчиками - это тончайшие полоски из специального пьезокерамического материала, мгновенно растягивающиеся и сжимающиеся под воздействием электрического тока. Такие двигатели обеспечивают частоту биения крыльев миниробота до 120 герц, то есть до 120 раз в секунду. Причем каждым из крыльев мы можем управлять независимо от другого".

DelFly Explorer - первый миниатюрный летательный аппарат, способный к самостоятельным полетам

Среди различных миниатюрных летательных аппаратах класса MAV (Micro Air Vehicle) достаточно часто встречаются аппараты, способные летать как бабочка, стрекоза или птичка-колибри, за счет быстрых или медленных взмахов их крыльев. Но, к сожалению, ни один из таких аппаратов не обладал полной автономией, он всегда оставался на "привязи" тонких электрических проводников, связывающих аппарат с внешним источником энергии или оборудованием системы управления. И вот недавно, группа в составе четырех человек из Технологического университета Дельфта (Delft University of Technology), Нидерланды, объявила о создании малогабаритного и легкого летательного аппарата DelFly Explorer (Рис.5), который, как они считают, "является первым в мире летательным аппаратом с маховыми крыльями класса MAV, способным летать в неизвестной окружающей среде полностью в автономном режиме."

DelFly Explorer имеет размах крыльев в 28 сантиметров, а его вес составляет всего 20 грамм, что равно весу четырех листов бумаги формата А4. На борту этого аппарата установлена система стереоскопического видения, состоящая из двух камер и процессора, вес которой составляет 4 грамма. Еще 1 грамм веса летательного аппарата приходится на систему автоматического управления полетом, в состав которой входят барометр, акселерометр и твердотельный гироскоп. Крылья аппарата приводятся в движение миниатюрным электродвигателем, черпающим энергию из аккумуляторной батареи, заряда которой хватает на 9 минут непрерывного полета.

Рис.5. DelFly Explorer

Аппарат DelFly Explorer способен летать, поддерживая за счет барометра заданную высоту. Его "зрительная" система не может похвастаться очень высоким качеством, но имеющейся у нее разрешающей способности вполне достаточно для определения расположения препятствий и измерения расстояния до них, а специальные алгоритмы, работающие на микропроцессоре системы, производят компенсацию искажений, вызываемых колебаниями аппарата и резкими изменениями направления "взгляда" камер.

В существующем виде летательный аппарат DelFly Explorer может летать в пределах одного замкнутого помещения, избегая столкновений с препятствиями. К сожалению, аппарат, точнее его система управления, не позволяют ему проходить сквозь дверные проемы и окна, но такая возможность будет добавлена аппарату в самом ближайшем будущем, что позволит использовать аппарат DelFly Explorer в качестве исследовательского летательного аппарата.

Типичной областью использования аппарата DelFly Explorer и ему подобных является проведение разведки и наблюдения.