Máy bay không người lái có thể đậu trên các cành cây với thiết kế cánh ôm

Thiết kế bao gồm cơ chế mở khóa, cánh gấp có móc và đuôi được gia cố để tăng độ ổn định và nghỉ ngơi.

• Máy bay không người lái được lấy cảm hứng từ những loài cây tự phát nổ
• Bệnh nhân ngừng tim được cứu sống nhờ máy bay không người lái

Các nhà nghiên cứu đã đưa ra một bước tiến mới trong công nghệ máy bay không người lái, sử dụng cơ chế biến đổi cánh thụ động để hạ cánh an toàn trên cây và cột dọc.

Lấy cảm hứng từ chân tay động vật, những máy bay không người lái này có cánh đa năng, vừa để bay lượn trên không vừa để đậu chắc chắn, giúp đơn giản hóa việc điều khiển và giảm độ phức tạp trong thiết kế.

Theo nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Lausanne (EPFL), khi robot va chạm trực diện với một cái cột, phần mũi nhô lên cho phép nó tự động chuyển hướng từ chuyến bay ngang sang bay dọc và sau đó ôm lấy cánh để đậu.

Nhóm nghiên cứu tin rằng những máy bay không người lái như vậy sẽ cho phép kiểm tra chặt chẽ trong môi trường công nghiệp và các tòa nhà cao tầng, tránh việc phải sử dụng giàn giáo và các hoạt động can thiệp nguy hiểm của con người.

Thiết kế lấy cảm hứng từ tắc kè

Nhờ khả năng bay lượn bền bỉ, các phương tiện bay không người lái (UAV) rất hữu ích trong các nhiệm vụ đường dài như giao hàng, lập bản đồ và tìm kiếm cứu nạn. Tuy nhiên, không giống như các loài động vật có cánh, máy bay không người lái gặp khó khăn khi hạ cánh hoặc đậu trên các cấu trúc phức tạp để thực hiện các nhiệm vụ như kiểm tra và sạc pin.

Nhiều hệ thống điều khiển và cơ khí đã được phát triển để giải quyết vấn đề này. Các phương pháp tập trung vào điều khiển chú trọng vào thao tác ngóc đầu và kiểm soát sau khi mất lực nâng, thường sử dụng các gai hoặc móc nhỏ để bám vào bề mặt thẳng đứng.

Các giải pháp cơ học bao gồm móng vuốt, vòng tay và miếng dính. Bất chấp những tiến bộ này, các lựa chọn cho máy bay không người lái có cánh vẫn còn hạn chế, trong khi các phương pháp hiện tại phải đối mặt với những thách thức như các vấn đề về phụ thuộc vào bề mặt và khả năng mở rộng.

Để giải quyết những thách thức khi đậu máy bay không người lái, nhóm đã phát triển PercHug, một máy bay không người lái có cánh nặng 550g lấy cảm hứng từ tắc kè, để đậu thụ động trên các cột thẳng đứng như giàn giáo, tháp và cây cối.

Sử dụng “mũi hếch” để định hướng lại và các cánh có thể gập lại để quấn, PercHug tránh được các cấu trúc bổ sung, giảm độ phức tạp. Nó có cơ chế mở chốt, cò súng có thể đóng được, cánh có thể gập lại bằng móc và phần đuôi được gia cố để ổn định và nghỉ ngơi.

Đột phá trong việc đậu của máy bay không người lái

Trong các thí nghiệm, PercHug được phóng bằng tay vào sáu cây, cả có và không có mũi đàn hồi mở rộng. Việc đậu thành công bao gồm bốn bước: lượn, chuyển hướng, ôm cánh và duy trì vị trí đậu. Các móc rất quan trọng để giảm trượt và tăng khả năng đậu thành công. Cơ chế thả cánh chính sau va chạm cho thấy hiệu quả vượt trội so với va chạm thứ cấp, giúp việc đậu nhanh hơn và đáng tin cậy hơn.

Theo nhóm nghiên cứu, các góc tiếp cận chính xác giúp giảm thiểu sai số góc và bên là cần thiết để đậu tối ưu. Phần đuôi cần thiết để dừng quá trình chuyển hướng ở 90 độ. Tất cả các lần đậu trên cây đều thành công với tốc độ va chạm 3–5 m/s và góc lớn hơn 15°; mũi tiêu chuẩn vượt trội hơn mũi đàn hồi, với tỷ lệ thành công là 73% so với 42%. Mũi đàn hồi, mặc dù cải thiện khả năng chuyển hướng, nhưng lại cản trở việc bám vào bề mặt bằng cách tạo ra khoảng trống và giải phóng động năng tích trữ.

Theo các nhà nghiên cứu, các thí nghiệm đã nhấn mạnh tầm quan trọng của thiết kế mũi và thời điểm chính xác trong cơ chế đậu. Các cây rộng hơn thường dẫn đến tỷ lệ thành công thấp hơn, nhấn mạnh tầm quan trọng của đường kính cây và ma sát tĩnh trong việc đậu thành công.

Nhóm nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi tin chắc rằng nghiên cứu của mình đặt nền tảng cho việc thúc đẩy công nghệ đậu và mở đường cho sự phát triển của các hệ thống robot linh hoạt cao được thiết kế riêng cho các ứng dụng khác nhau”.

Những robot như vậy cho phép tiếp cận các vị trí khó khăn như tháp để kiểm tra cơ sở hạ tầng, tăng cường giám sát trên cột đèn ở khu vực thành thị và theo dõi đa dạng sinh học và hành vi động vật hoang dã trong các nỗ lực bảo tồn môi trường.

Hồng Minh (Theo interestingengineering)