Mikromechaniczny latający owad

Mikromechaniczny latający owad ( MFI ) to miniaturowy UAV ( bezzałogowy statek powietrzny ) składający się z metalowego korpusu, dwóch skrzydeł i systemu sterowania. Wprowadzony na rynek w 1998 roku, jest obecnie badany na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley . MFI należy do grupy UAV różniących się wielkością i funkcją. MIF okazuje się być praktycznym podejściem do konkretnych sytuacji. Projekt finansuje Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Amerykańskiego Biura Badań Marynarki Wojennej i Obrony. Pentagon ma nadzieję wykorzystać roboty jako tajne „muchy na ścianie” w operacjach wojskowych. Inne potencjalne zastosowania obejmują eksplorację kosmosu oraz poszukiwanie i ratownictwo .

Porównanie z innymi UAV

Istnieje wiele UAV, które wykonują różne operacje. MIF ma największe potencjalne zastosowanie w armii Stanów Zjednoczonych. Obecnie w tej dziedzinie istnieją różne UAV, które wykonują zadania takie jak zdobywanie informacji wywiadowczych na polu bitwy lub bycie wabikiem dla potencjalnych pocisków. Jeśli chodzi o zdobywanie informacji wywiadowczych na polu bitwy, wojsko używa wielu dronów do wykonywania różnych misji. Siły zbrojne Stanów Zjednoczonych stale ulepszają UAV, które są w stanie wykonywać więcej misji, pozostając praktycznie niewykrytymi. Podstawowe kwalifikacje dla UAV klasy wojskowej obejmują:

Rozmiar
Poziom hałasu
Wszechstronność

To właśnie sprawia, że MFI jest świetnym kandydatem dla wojska. Przejmuje funkcje większych UAV i zamienia je w miniaturowe, niewykrywalne urządzenie. Praktycznie eliminuje rozmiar i poziom hałasu oraz zwiększa wszechstronność poza możliwości obecnych UAV. Rzeczywiste „zmiażdżenie” tych możliwości w MIF rodzi problem stworzenia elastycznej ramy i pary skrzydeł z autonomicznym komputerem do ich kontrolowania.

Aspekty techniczne

Struktura i materiały

Początkowe prototypy MFI ważyły 100 miligramów i miały rozpiętość skrzydeł 2 centymetry. Zostały zbudowane z ze stali nierdzewnej i polimerowych wygięć jako połączeń. Stworzyło to stosunek masy do siły nośnej, który doprowadził do problemu z osiągnięciem lotu. Belki i złącza zostały następnie zmienione na lżejsze materiały, które mają lepsze właściwości użytkowe. Belki zostały zamienione ze stali nierdzewnej na z włókna węglowego o strukturze plastra miodu , a połączenia zmieniono na silikonowe , naśladując typowe struktury mikromechaniczne. Koszt budowy tych surowców wynosi około 10 centów.

Funkcje i mobilność

Ogólna funkcjonalność MFI jest podzielona na mniejsze komponenty, które spójnie współpracują ze sobą, aby utrzymać stabilny i określony wzór lotu. Te komponenty to:

Zasilanie – pakiet akumulatorów ładowany przez panele słoneczne na zewnętrznym korpusie
System sensoryczny – grupa składająca się z dwojga oczu i wielu czujników temperatury, wiatru i prędkości
Lokomotywa i sterowanie – skrzydła połączone z odpowiednimi siłownikami
Komunikacja – wewnętrzna sieć algorytmów i sygnałów sensorycznych

Jednostki te współpracują ze sobą, aby wykonać określone zadanie, takie jak „latanie do przodu”, ponieważ dane wejściowe i sygnały są przesyłane do obu skrzydeł w celu wytworzenia skalibrowanego wyjścia do wykonania zadania. To jest bardziej dogłębny widok przepływu operacji; początkowy system wizualny analizuje lokalizację w przestrzeni trójwymiarowej, obliczając przemieszczenie między obiektami a sobą. Mucha jest następnie wybierana do wykonania zadania, tj. „znajdź obiekt” lub „eksploruj”. W przeciwieństwie do innych UAV, MFI musi mieć autonomiczny system komputerowy, ponieważ jest zbyt mały, aby można go było kontrolować za pomocą pilota, więc musi być w stanie sam się utrzymać. Po wybraniu działania sygnał przechodzi do układu bezwładnościowego, aby następnie rozdzielić określone funkcje, w odniesieniu do działania, na skrzydła. Skrzydła następnie wykorzystują szereg czujników, aby zapewnić najdokładniejsze pchnięcia skrzydłami w celu wykonania akcji.

Problemy i komplikacje

Istnieją problemy związane z tym systemem, które pojawiły się podczas rozwoju MIF, co wymagało dalszych badań. Pierwszym problemem jest wstępne wprowadzenie danych wizualnych, które mają zostać obliczone. W danych uzyskanych „oczami” występuje znaczny stopień szumu, a gdy są one przekazywane przez system do skrzydeł, wytwarzają niedokładne dane wyjściowe, w związku z czym nie osiągają prawidłowo początkowego działania.

Innym problemem jest metoda „unoszenia się” MIF. Zasadniczo MFI musi znajdować się w równowadze w przestrzeni trójwymiarowej, wytwarzając ciąg skrzydła, który utrzyma pożądaną wysokość. Problemem z tą koncepcją jest niewystarczające badanie schematów lotu much, a ponadto tworzenie algorytmu do wykonywania takich schematów.

Kalendarium rozwoju

1998 – Rozpoczęto badania na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley w ramach kontraktu o wartości 2,5 miliona dolarów.
2001 – Prototyp (z jednym skrzydłem) wykazał siły ciągu na stanowisku testowym.
2002 – Produkcja została zmieniona z giętej stali nierdzewnej na włókno węglowe.
2003 – Na stanowisku testowym zademonstrowano siłę nośną 500 mikroniutonów z pojedynczego skrzydła.
Od 2003 do chwili obecnej – prace koncentrowały się na zmniejszeniu masy, zwiększeniu gęstości mocy siłowników, zwiększeniu wytrzymałości ramy powietrznej i poprawie kontroli nad skrzydłami.

Linki zewnętrzne