Mikro‑luftfarkoster (MAVs) utvecklas snabbt och tar ledning av pollinatörer

Obemannade luftfarkoster får ofta alla rubriker, men de är inte de enda flygande robotarna i stan. Mikro‑luftfarkoster (MAVs) är deras mindre kusiner. Dessa små enheter kan vara nyckeln till att förbättra sök‑ och räddningsinsatser, jordbruk och andra viktiga industrier.

Tills nyligen saknade MAVs någon betydande kapacitet. Ett forskarteam presenterade dock nyligen en uppgraderad flygande insekt som kan överträffa tidigare versioner med flera storleksordningar. Här är vad du behöver veta.

Mikro‑luftfarkoster (MAVs)

Mikro‑luftfarkoster är en delsektor av flygande fordon. De har en miniatyrstorlek som liknar insekter och är designade för närliggande handlingar och stöd. De är idealiska för scenarier där storlek är en begränsning för projektets mål. Noterbart är att MAVs en dag kan förbättra kartläggning, räddningsoperationer, övervakning och jordbruk.

Existerande problem

MAVs är mer än förminskade versioner av sina större UAV-motsvarigheter. Dessa enheter förlitar sig ofta på att efterlikna naturen för att uppnå sin framdrift. Det är vanligt att MAVs använder fladdrande vingdesign. Denna struktur ger förmågan att hovra och flyga effektivt. Dock har vissa allvarliga nackdelar gjort det svårt att skapa pålitliga MAVs.

För det första innebär flygning på så liten skala att enheten är extremt känslig för störningar från yttre faktorer. Stark vind, förändringar i luftdensitet, regn och andra faktorer är bara några exempel på förhållanden som kan begränsa MAVs flygförmåga.

Dessutom finns en mekanisk belastning på MAVs. Deras miniatyrvingar måste fladdra hundratals gånger per sekund för att skapa lyft. Denna handling orsakar enormt slitage och vridmoment på vingarna, gångjärnen, kugghjulen och andra interna komponenter, vilket ökar risken för fel.

Nödvändiga kapaciteter

Förutom den kortare livslängd som MAVs upplever är de också mycket mindre kapabla än större robotar. De nuvarande konstruktionerna kan bara hovra i mindre än 10 sekunder. Dessutom kan de inte utföra mer än de mest grundläggande banorna. Lyckligtvis är dessa små enheter på väg att få en stor uppgradering.

Studie om uppgradering av mikro‑luftfarkoster (MAVs)

MIT-forskare presenterade nyligen en rad uppgraderingar av sina MAVs i en studie kallad ‘Acrobatics at the Insect Scale: A Durable, precise, and Agile micro–-aerial robot’¹. Rapporten visade hur förbättringarna möjliggör större flygprecision samtidigt som belastningen på enheten minimeras. De uppgraderade MAVs upplevde förbättrad hållbarhet och testades med stöt- och vindtester. Den nya vingdesignen visade motståndskraft mot påverkan och rivning.

Testfas

Forskaren skapade en avancerad 750‑milligram fladdrande ving‑MAV som en del av deras testfas. Denna enhet hade konstgjorda vingar baserade på insektdesign, inklusive stjälkar som stöds av tunna transparenta vingar.

Källa – MIT

Flygkapaciteter

MAV:en genomförde flera flygtester för att undersöka sina kapaciteter. Till skillnad från föregångarna kunde den uppgraderade enheten utföra komplexa flygbanor och till och med akrobatik som kullerbyttor. Teamet utförde flera luftkullerbyttor på kommando, vilket visade hur smidig den nya designen är jämfört med konkurrenterna.
MIT‑MAV är också snabbare. Enheten demonstrerade en genomsnittlig hastighet på 30 centimeter per sekund, med en topp på omkring 100 cm/s. När detta kombineras med den ökade smidigheten visar de enorma förbättringar i prestanda inom MAV‑sektorn.

Lastkapacitet

En av de mest intressanta fynden i studien är att den nya MAV kan bära en liten last. För närvarande kan denna last inkludera batterier för att förlänga flygtiden eller extra sensorer för att ge mer kontroll eller observationsförmåga.

Milstolpsresultat

Testresultaten avslöjade några imponerande förbättringar. Till exempel hovrade MIT‑MAV i 1000 sekunder. Denna tid är längre än alla andra MAV‑flygtider kombinerade. Således representerar den ett milstolpsresultat för ingenjörer och hela marknaden.

Noterbart är att MAV är mycket mer smidig än sin föregångare, vilket möjliggör att enheten kan manövrera genom trånga och svåråtkomliga platser.  När den används med framtida svärmteknik kan det leda till team av supersnabba MAVs som kombinerar krafter för att utföra uppgifter som överstiger deras kapacitet.

De uppgraderade vingarna, motorerna och gångjärnen gav många fördelar för MAV:s prestanda. För det första demonstrerade MIT‑MAVs mycket högre hastigheter och ökad manövrerbarhet. Dessutom kunde de hantera fler stötar, särskilt längs den tunna vingen, under fladdrandet, vilket resulterade i en längre livslängd.

Framtida tillämpningar

Flera tillämpningar för MAVs kan hjälpa till att förändra människors liv globalt. Följande är några av de främsta exemplen:

Artificiell pollinering

Dessa små enheter kan användas för att efterlikna naturliga händelser som pollinering. Robotpollinering har länge varit ett mål för inomhusodlingsentusiaster som ser tekniken som ett steg mot hållbarhet. Samma teknik kan en dag hjälpa rymdresenärer att överleva genom att möjliggöra att deras inomhusodlingar frodas.

Sök‑ och räddning

En huvudapplikation för denna teknik är inom sök‑ och räddningssektorn. Små robotar som dessa kan färdas genom trånga vrakdelar. De kan utrustas med sensorer för att hjälpa dem att lokalisera liv och kommunicera med personer som är fångade i rasmassor eller andra svåråtkomliga platser. De kan även bära en liten last som ett smärtstillande medel till personen vid behov.

Användning av mikro‑luftfarkoster (MAVs) för kartläggning

Föreställ dig en svärm av MAVs som utför kartläggning av ett område. Dessa enheter kan få exakta och inneslutna mätningar som kan kombineras för att skapa en mer djupgående och exakt karta över platser. Den tillagda sensorn kan möjliggöra realtidsspårning av området också. Denna förmåga kan vara särskilt användbar för att övervaka miljörisker.

Militära tillämpningar för mikro‑luftfarkoster (MAVs)

Militären är en stark förespråkare för MAV‑teknik. Deras användning för övervakning är en nyckelfaktor som driver stödet för tekniken. Svärmar av MAVs kan övervaka stora områden med minimal risk för förlust. Dessutom kan de användas för målspårning och mer.

Jordbruk

Jordbruks- och lantbrukssektorerna kan använda MAV på olika sätt. Dessa enheter kan användas för att bekämpa insekter och andra skadedjur. Dessutom kan de sättas upp för att kontrollera grödor för sjukdomar eller andra åkommor. Det diskuteras även att svärmar kan användas för sådd och näringsdistribution.

Förmånstagare

Flera industrier skulle gynnas av de MAV‑uppgraderingar som beskrivs i MIT‑forskarens studie. Vissa företag kan använda denna teknik för att skapa mindre och mer kapabla drönare, vilket möjliggör att dessa enheter kan erbjuda mer service. Här är ett företag som kan vinna på integration.

Northrop Grumman 

Northrop Grumman (NOC ) gick officiellt in på marknaden 1994 efter ett förvärv av Northrop Corporation. Företaget verkar som en stor militär entreprenör och forskningsfirma. Idag är det en av de mest välkända tillverkarna av militära drönare. Deras enheter kan användas för försvar, angrepp, spaning, målidentifiering eller kommunikation.

På senare tid presenterade Northop Grumman sin Fire Scout autonoma helikopter. Denna enhet beställdes av US NAVY för att förbättra dess eldkraft och övervakningsförmåga. Den har en modulär design som kan utrustas med olika sensorer beroende på uppdragets krav.