Современные беспилотные летательные аппараты (БПЛА), или дроны, уже давно стали незаменимыми инструментами во множестве сфер — от киноиндустрии и логистики до сельского хозяйства, строительства, охраны окружающей среды и обеспечения безопасности. Несмотря на широкое применение существующих технологий, специалисты продолжают совершенствовать их возможности, чтобы расширить границы использования в сложных условиях.
Инженеры из Корейского научно-исследовательского университета POSTECH и Центра технологий автономии в рамках Агентства оборонных разработок Южной Кореи представили новую версию дрона, оснащённого складными крыльями. Такой подход позволил значительно повысить манёвренность устройства, особенно при выполнении резких поворотов и торможений. Конструкция аппарата была вдохновлена летающей белкой — животным, способным планировать между деревьями за счёт эластичных кожных перепонок между передними и задними лапами.
Основной задачей при проектировании стало воспроизведение способности летяги резко снижать скорость перед посадкой. Это достигается за счёт увеличения аэродинамического сопротивления при расправлении перепонок. Аналогично, для дрона было предложено использовать дополнительные силовые элементы — подвижные силиконовые крылья, которые могут разворачиваться и сворачиваться в зависимости от ситуации.
В более ранней работе авторы представили базовую конструкцию робота и методы машинного обучения, позволяющие ему эффективно управлять скоростью при выполнении сложных воздушных манёвров. В новой статье, опубликованной в открытой научной базе arXiv, исследование получило дальнейшее развитие. Была разработана система с развертываемыми крыльевыми мембранами, обеспечивающая повышенную точность и стабильность при резком торможении и изменении направления полёта.
Однако ранее выяснилось, что наличие крыльев может негативно влиять на показатели аппарата при прямолинейном полёте — из-за возникающего сопротивления воздуха. Поэтому важным этапом стало создание системы управления, которая позволяет оперативно реагировать на препятствия и принимать решение о раскрытии или убирании крыльев в зависимости от текущего режима полёта. Также потребовалось адаптировать работу двигателей таким образом, чтобы они могли компенсировать дополнительное сопротивление и обеспечивать необходимую тягу.
Для моделирования поведения крыльевых мембран были обучены искусственные нейронные сети, способные прогнозировать уровень аэродинамического сопротивления. На основе этих данных была реализована стратегия координированного управления тягой и состоянием крыльев (Thrust-Wing Coordination Control, TWCC). Эта система позволяет одновременно контролировать как форму крыльев, так и мощность двигателей, обеспечивая стабильное выполнение сложных манёвров в реальных условиях.
Ещё одной важной особенностью является аппаратная реализация механизма быстрого разворота крыльев без изменения общей конфигурации квадрокоптера. Таким образом, устройство сохраняет компактность и простоту конструкции, свойственные стандартным дронам, при этом получая дополнительные функциональные возможности.
Вся система управления работает на бортовом микроконтроллере (MCU) без необходимости использования внешних вычислительных или коммуникационных модулей. Это стало возможным благодаря энергоэффективному и лёгкому алгоритму, который может быть запущен даже на недорогих чипах класса Arduino.
В перспективе такой дрон может найти применение в различных областях — от экологического мониторинга и поисково-спасательных операций до киносъёмки и оборонных задач. Устройство способно перемещаться в плотной городской застройке, избегать препятствий и выполнять точные манёвры в ограниченном пространстве.
Авторы планируют дальнейшее развитие проекта, включая изучение планирующего полёта и разработку систем мягкой посадки на вертикальные поверхности, такие как стены или деревья. Также рассматриваются подходы к управлению движением с учётом изменяющихся динамических характеристик аппарата в зависимости от режима работы.
Таким образом, представленная разработка демонстрирует значительный шаг вперёд в области создания высокоэффективных и адаптивных летательных аппаратов, вдохновлённых природными аналогами.
