21/04/2023
Door Ad Spijkers
Amerikaanse wetenschappers ontwerpen een quadrotor drone die botsingen kunnen weerstaan.
Onderzoekers aan de Arizona State University (met hoofdvestiging in Phoenix) hebben een unieke quadrotor drone ontwikkeld met een opblaasbaar frame dat bestand is tegen botsingen. Ook heeft de drone een innovatieve grijper waarmee het apparaat veilig op bijna elk oppervlak kan worden neergezet.
Bestandheid tegen botsingen
Drones worden voor tal van taken ingezet, onder meer bij zoek- en reddingsacties. Bij dit soort operaties speelt technologie een cruciale rol. Om tekenen van leven op te sporen, worden warmtebeeldcamera's en gevoelige microfoons ingezet. Kleine drones zouden ontoegankelijke ruimtes kunnen onderzoeken, maar de inherente kwetsbaarheid van de huidige ontwerpen heeft het gebruik ervan beperkt.
Drones worden gebruikt om schade vanaf hoog in de lucht te beoordelen, maar ze kunnen niet echt door ingestorte gebouwen navigeren. Hun stijve frames zijn in gevaarlijke situaties niet bestand weerstand tegen botsingen, dus botsen tegen palen, balken, pijpen of kabels in een vernielde structuur is vaak catastrofaal. Ze herstellen niet, ze storten neer.
Drones zouden stoten en schokken moeten doorstaan om hun echte potentieel voor zoek- en reddingsoperaties te bereiken. Daartoe hebben ze onderzoekers in Arizona een quadrotor drone met een opblaasbaar frame ontworpen en getest. De stijfheid is af te stemmen of aan te passen is om onverwachte tikken en stoten op te vangen en te herstellen. De resultaten van hun werk zijn gepubliceerd in het technologietijdschrift Soft Robotics.
Grijper
Gebruikers moeten hun focus verleggen op het vermijden van contact met de omgeving. Drones moeten fysiek communiceren met hun omgeving om een reeks taken uit te voeren. Een zacht lichaam absorbeert niet alleen botskrachten en overleeft daardoor een botsing. Het biedt ook de flexibiliteit die nodig is voor dynamische manoeuvres zoals neerstrijken.
Neerstrijken is eigenlijk een gecontroleerde botsing. Vogels komen technisch gezien in botsing met boomtakken of andere structuren terwijl ze landen en neerstrijken. Hun meegevende gewrichten en zachte weefsels absorberen de impactkracht. Door een passief vergrendelingsmechanisme in hun poten kunnen ze zich vastgrijpen aan onregelmatige oppervlakken zonder spierkracht te gebruiken om ze op hun plaats te houden.
De onderzoekers lieten zich inspireren door dit vogelmodel om een hybride, op stof gebaseerde bistabiele grijper te ontwerpen voor hun nieuwe luchtdrone. De grijper reageert op de impact van de landing door dicht te klikken en objecten van verschillende vormen en afmetingen stevig vast te grijpen. De drone kan op vrijwel alles neerstrijken. Het bistabiele materiaal betekent dat het geen actuator nodig heeft om zijn grijper van stroom te voorzien. Het sluit gewoon en blijft zo zonder energie te verbruiken. Vervolgens kan de grijper (indien nodig) pneumatisch worden ingetrokken en kan de drone opstijgen.
Vooruitzichten
Dit soort contact-reactieve, niet-aangedreven grijpers is belangrijk voor langdurige operaties in het veld. Drones kunnen zichzelf positioneren waar dat nodig is en vervolgens hun rotoren uitschakelen om de batterij te sparen. Een dergelijke dynamische omgevingsinteractie kan het gebruik van drones bij zoek- en reddingsoperaties verbeteren, maar ook voor andere doeleinden. Te denken valt aan het bewaken van bosbranden, militaire verkenningen en zelfs het verkennen van het oppervlak van andere planeten.
Er zijn zoveel functionaliteiten mogelijk met aanpasbare, herconfigureerbare zachte luchtrobots. De onderzoekers hopen dus dat hun werk tot nog meer nieuwe, bio-geïnspireerde ontwerpen leidt.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Arizona State University