Дрон-схват, повисший на ветке. Фото: Делфтский технический университет - Studio Oostrum
Дроны обычно висят в воздухе, шумят и гудят. Они уже умеют многое, но не тогда, когда нужна тишина. Да и батарея продержалась бы дольше, умей они время от времени «передохнуть».
Но когда дрон следит за тропическим лесом, его захват и густая листва становятся слишком сложными для камеры. Так было до сих пор.
Исследователи из Делфтского технического университета (Нидерланды) создали дрон, который ведёт себя скорее как птица: он нащупывает ветку перед посадкой. Мягкие тактильные датчики, встроенные в человекоподобную кисть, улавливают контакт с веткой, определяют её положение и ориентацию, после чего аппарат выравнивается и надёжно хватается. Можно выключать моторы и отдыхать.
Работа опубликована в журнале npj Robotics. В ней предложен новый подход к автономной посадке, где осязание становится источником информации для действия.
Этот дрон с тактильным захватом нащупывает ветку. Найдя её, он тихо цепляется и отключает двигатели, чтобы сберечь заряд.
Поиск, касание, выравнивание, захват
Раньше дроны полагались в основном на зрение. Им нужен чёткий обзор или точная модель ветки перед посадкой. Но при приближении к цели такие аппараты «слепнут»: захват и ветки закрывают обзор. По сути, все прежние исследования с опорой на зрение в реальном мире бесполезны.
Этот тактильный дрон начинает с грубой оценки, где может быть цель, и уточняет её через касание. Он летает по траектории «восьмёрка», раскрывая и сжимая трёхпалую кисть.
Первое касание пальцев выдаёт положение и наклон ветки. Дрон доворачивается, пока датчики на всех трёх пальцах не подтвердят устойчивый контакт, и только потом глушит моторы. Если захват не удался, аппарат отходит в безопасное зависание и пробует снова.
Дотянуться, не видя
Идею подсказала природа. Птицы в последние мгновения посадки полагаются на осязание: чувствуют ветку лапами и корректируют хват на лету. Доцент Сальюа Хамаза решила дать такую способность летающим роботам.
Новый дрон с тактильным захватом висит на руке исследователя из TU Delft Антона Бреденбека. Фото: Делфтский технический университет - Studio Oostrum
«Зрение говорит, где находится объект, до самого важного момента, а потом ваш же захват загораживает обзор. У животных такой проблемы нет, потому что они замыкают цикл через осязание. Мы хотели дать дрону именно это: способность проникнуть в пространство, которого он не видит, почувствовать, что там, и исправиться уже в контакте», - говорит доцент Хамаза.
Результат - лёгкая антропоморфная кисть, созданная для полёта. У неё три пальца, каждый с тремя фалангами, пропорции скопированы с человеческой руки.
Торсионные пружины сами смыкают пальцы, так что в perched-режиме дрон держится без затрат энергии. Один сухожильный трос на палец разжимает кисть, а мягкие силиконовые подушечки дают трение и позволяют руке подстраиваться под разные поверхности и текстуры.
Девять датчиков на всю кисть
На каждой фаланге - тактильный сенсор: маленький медный электрод под силиконом. При касании меняется электрический сигнал, давая простой ответ «да» или «нет». Сам по себе он мало что говорит.
Но поскольку дрон знает форму и положение своих пальцев, он вычисляет точное место касания. Простой сигнал превращается в точку в пространстве и направление движения.
Крупный план тактильных датчиков нового дрона. Фото: Делфтский технический университет - Studio Oostrum
«Каждый датчик сообщает лишь "здесь что-то есть". Но если знаешь форму собственной руки, этого достаточно, чтобы восстановить, где ветка и как она наклонена. Дрон строит всё более точную "картину" цели, просто натыкаясь на неё», - поясняет Антон Бреденбек из TU Delft.Прикосновение как актив, а не как помеха
Метод надежен, потому что осязание исправляет ошибки восприятия. В полевых испытаниях дрон оставался стабильным даже тогда, когда положение, ориентация и размер цели были определены неверно. Обычная система на основе камер в таких условиях быстро выходила из строя.
Работа открывает путь к дронам, способным часами следить за обстановкой там, где одно лишь зрение подводит. Лесные кроны, захламленные промышленные конструкции, помещения без систем захвата движения - вот их будущая стихия.
Шире взглянуть - исследование меняет сам подход к контакту в аэроробототехнике. Соприкосновение перестает быть риском, которого избегают. Оно становится источником данных, направляющих действие.
Как в живой природе: будущие дроны, возможно, будут на ощупь искать место для посадки, которое пока не могут разглядеть.
