Птичка на проводе: Шпионы и феи
Каждый знает, как садится самолет: сначала он маневрирует, заходя на посадку, потом долго снижается, постепенно гася скорость, и, вскоре после касания земли начинает торможение, которое может завершиться через несколько сотен метров. Другое дело — птицы, способные сесть на тонкую жердочку или телефонный провод. Так почему бы самолетам не приземляться, как птицам?
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) продемонстрировали новую систему управления, которая позволила модели с единственным мотором, расположенным на хвосте, приземлиться «на жердочку», подобно попугаю. Возможно, их работа позволит создавать беспилотные аппараты повышенной маневренности, которые смогут подзаряжать свои аккумуляторы, просто садясь на линии электропередачи. Другим направлением исследований в этой области является разработка самолетов, способных садиться на стены (Читайте и смотрите — «Беспилотник на стене: Вертикаль»).
Птицы приземляются с такой точностью, используя аэродинамическое явление сваливания. Поток воздуха, обтекающий крыло коммерческого лайнера, всегда остается ламинарным (равномерным), поскольку даже при наборе высоты или заходе на посадку самолет летает, незначительно изменяя угол атаки. А птица, подлетев к своей жердочке, напротив, заводит крылья назад, создавая максимально возможный угол атаки. Поток воздуха позади крыла становится турбулентным, формируя крупные завихрения. Эффекты, возникающие в турбулентном потоке, довольно трудно предсказать. Крыло в режиме сваливания практически теряет подъемную силу, и самолет может «свалиться с неба» — отсюда и название.
Математическое моделирование турбулентных потоков намного сложнее, чем ламинарных. Поведение крыла в равномерном потоке весьма предсказуемо, поэтому разработчики летательных аппаратов могут быть уверены, что в нормальном режиме самолет будет реагировать на команды пилота так, как ему и положено.
Исследователи из лаборатории MIT Русс Тедрейк (Russ Tedrake) и Рик Кори (Rick Cory) разработали собственную математическую модель планера в режиме сваливания. Они использовали эту модель для создания алгоритмов, позволяющих аппарату приземляться на его «жердочку» при различных начальных условиях. Модель оснащена датчиками, с помощью которых может «видеть» свое отклонение от оптимальной траектории и тут же исправлять ошибки. Существует максимальная величина отклонения, которое можно успеть компенсировать до момента посадки.
В точке, выбранной для посадки, сходятся несколько возможных траекторий. Вокруг каждой из них существует воображаемая «труба» радиусом, равным максимальной допустимой величине отклонения. Если аппарат отклонился от курса настолько, что покинул «трубу», ведущую его к цели, он может успеть «нырнуть» в другую. После запуска самолетик непрерывно инспектирует свое местоположение и следует алгоритму, определенному для той «трубы», в которой он в данный момент находится. В момент посадки самолету Тедрейка и Кори противостоит лобовое сопротивление, в 4−5 раз превосходящее то, которое является обычным для летательных аппаратов.
Работой заинтересовались ВВС США, но до появления военных «птичек», усаживающихся на провода различного назначения, видимо, еще далеко. Дело в том, что вычислительные системы, которые можно разместить на борту маленького беспилотника, пока что не могут обеспечить достаточную производительность, чтобы обсчитывать алгоритмы Тедрейка и Кори. В лабораторных условиях коррекцию курса обеспечивал стационарный компьютер, которому «ассистировали» видеокамеры.
Но Тедрейк считает, что до появления процессоров, достаточно мощных, чтобы обрабатывать сложные алгоритмы, и достаточно малых, чтобы «пилотировать» крошечный самолетик, пройдет не слишком много времени.
Кори в дальнейшем собирается сотрудничать с Disney, участвуя в передовых разработках в области робототехники. «Я посетил ВВС, я посетил Disney, — говорит он, — и на самом деле у них много общего. ВВС хотят самолет, который может приземлиться на линии электропередач, а ребятам из "Диснея" нужны феи из мультфильма, которые могли бы сесть на фонарь. Но технологии-то одни и те же».
По сообщению MIT News
