Микромеханическое летающее насекомое

Микромеханическое летающее насекомое ( MFI ) — миниатюрный БПЛА ( беспилотный летательный аппарат ), состоящий из металлического корпуса, двух крыльев и системы управления. Запущенный в 1998 году, он в настоящее время исследуется в Калифорнийском университете в Беркли . ^{[ 1 ]} MFI входит в группу БПЛА, которые различаются по размеру и функциям. МФО оказывается практичным подходом для конкретных ситуаций. США Управлением военно-морских исследований и Агентством перспективных оборонных исследований Финансирование проекта осуществляется . Пентагон надеется использовать роботов в качестве скрытных «мух на стене» в военных операциях. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Другие перспективные применения включают исследование космоса , поиск и спасение . ^{[ 4 ]}

Сравнение с другими БПЛА

Существует множество БПЛА, выполняющих различные операции. MFI имеет наибольшую потенциальную пользу для вооруженных сил США. В настоящее время в этой области существуют различные БПЛА, которые выполняют такие задачи, как сбор разведывательных данных на поле боя или служат приманкой для потенциальных ракет. Что касается сбора разведывательной информации на поле боя, военные используют множество дронов для выполнения различных задач. ^{[ 5 ]} Вооруженные силы США постоянно совершенствуют свои беспилотные летательные аппараты, которые могут выполнять больше задач, оставаясь при этом практически незамеченными. Основные требования к БПЛА военного класса включают в себя:

Размер
Уровень шума
Универсальность

Именно это делает MFI отличным кандидатом на службу в армию. Он берет на себя функции более крупных БПЛА и превращает их в миниатюрное, необнаружимое устройство. Он практически исключает размер и уровень шума и повышает универсальность, превосходящую возможности нынешних БПЛА. Фактическое «встраивание» этих возможностей в MFI поднимает проблему создания гибкого каркаса и пары крыльев с автономным компьютером для управления ими.

Технические аспекты

Структура и материалы

Первоначальные прототипы MFI весили 100 миллиграммов и имели размах крыльев 2 сантиметра. Их конструкция состояла из балок из нержавеющей стали и полимерных изгибов в качестве соединений. Это привело к такому соотношению веса и подъемной силы, что привело к проблемам с достижением полета. Затем балки и соединения были заменены на более легкие материалы, которые работают лучше. Балки были преобразованы из нержавеющей стали в балки из сотового углеродного волокна , а соединения были заменены на кремниевые , имитирующие типичные микромеханические структуры. Строительство этого использованного сырья стоило около 10 центов. ^{[ 6 ]}

Функции и мобильность

Общая функциональность MFI разбита на более мелкие компоненты, которые согласованно работают друг с другом, обеспечивая стабильную и конкретную схему полета. Эти компоненты:

Источник питания — аккумуляторная батарея, перезаряжаемая от солнечных батарей на внешнем корпусе.
Сенсорная система - группа, состоящая из двух глаз и нескольких датчиков температуры, ветра и скорости.
Локомотив и управление – крылья подключены к соответствующим приводам.
Коммуникация – внутренняя сеть алгоритмов и сенсорных сигналов.

Эти блоки работают вместе, выполняя определенную задачу, например «полет вперед», в качестве входных сигналов, и сигналы передаются на оба крыла для получения калиброванного выходного сигнала для выполнения задачи. Это более глубокий взгляд на ход операций; исходная визуальная система анализирует местоположение в трехмерном пространстве, вычисляя смещение между объектами и собой. Затем муха выбирается для выполнения задачи, например, «найти объект» или «исследовать». В отличие от других БПЛА, MFI должен иметь автономную компьютерную систему, поскольку он слишком мал для дистанционного управления, поэтому он должен быть в состоянии поддерживать себя. После того, как действие выбрано, сигнал поступает в инерциальную систему, чтобы затем передать крыльям определенные функции, связанные с действием. Затем крылья используют ряд датчиков, чтобы обеспечить наиболее точную тягу крыльев для выполнения действия. ^{[ 7 ]}

Проблемы и осложнения

Существуют проблемы, связанные с этой системой, которые возникли в ходе развития МФО, и это потребовало дальнейших исследований. Первая проблема — это первоначальный ввод визуальных данных, которые необходимо вычислить. В данных, полученных через «глаза», присутствует значительная степень шума; когда они передаются через систему к крыльям, они выдают неточный результат, поэтому начальное действие не достигается правильно. ^{[ 7 ]}

Еще одна проблема – метод «зависания» МФО. По сути, MFI должен находиться в равновесии в трехмерном пространстве, создавая при этом тягу крыла, которая будет поддерживать желаемую высоту. Проблема с этой концепцией заключается в недостаточном исследовании схем полета мух, а также в создании алгоритма для выполнения таких схем. ^{[ 7 ]}

Хронология разработки

1998 - Начало исследований в Калифорнийском университете в Беркли по контракту на 2,5 миллиона долларов.
2001 г. - Прототип (с одним крылом) продемонстрировал силу тяги на испытательном стенде.
2002 г. - Производство было переведено с гнутой нержавеющей стали на углеродное волокно.
2003 г. - на испытательном стенде продемонстрирована подъемная сила 500 микроньютонов от одного крыла.
С 2003 г. по настоящее время - работа сосредоточена на снижении веса, увеличении удельной мощности привода, увеличении прочности корпуса планера и улучшении управления крылом. ^{[ 1 ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Фиринг, Рональд С. «Проект MFI» . , Калифорнийский университет в Беркли.
^ Бриджес, Эндрю (29 июля 2002 г.). «Крошечные летающие роботы: будущие мастера шпионажа, разведки» . Ассошиэйтед Пресс . Архивировано из оригинала 29 октября 2002 года . Проверено 16 февраля 2012 г.
^ «Эта муха может быть шпионом» . «Утренние новости Далласа» . 14 сентября 1999 года. Архивировано из оригинала 25 мая 2024 года . Проверено 16 февраля 2012 г.
^ Кнапп, Луиза (21 декабря 2000 г.). «Смотри, в небе: Робофлай» . Проводные новости . Архивировано из оригинала 26 июня 2012 года . Проверено 16 февраля 2012 г.
^ «АэроВиронмент» .
^ Вуд, Р. «Микроробототехника с использованием композитных материалов: микромеханическая грудная клетка летающих насекомых» (PDF) .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Боюсь, Рональд. «Система управления полетом микромеханического летающего насекомого: архитектура и реализация» (PDF) .

Внешние ссылки

[first-1] Перейти обратно: ^а ^б Фиринг, Рональд С. «Проект MFI» . , Калифорнийский университет в Беркли.

[Bridges-2] Бриджес, Эндрю (29 июля 2002 г.). «Крошечные летающие роботы: будущие мастера шпионажа, разведки» . Ассошиэйтед Пресс . Архивировано из оригинала 29 октября 2002 года . Проверено 16 февраля 2012 г.

[DMN-3] «Эта муха может быть шпионом» . «Утренние новости Далласа» . 14 сентября 1999 года. Архивировано из оригинала 25 мая 2024 года . Проверено 16 февраля 2012 г.

[Knapp-4] Кнапп, Луиза (21 декабря 2000 г.). «Смотри, в небе: Робофлай» . Проводные новости . Архивировано из оригинала 26 июня 2012 года . Проверено 16 февраля 2012 г.

[5] «АэроВиронмент» .

[6] Вуд, Р. «Микроробототехника с использованием композитных материалов: микромеханическая грудная клетка летающих насекомых» (PDF) .

[MFI-7] Перейти обратно: ^а ^б ^с Боюсь, Рональд. «Система управления полетом микромеханического летающего насекомого: архитектура и реализация» (PDF) .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]