Brytyjscy inżynierowe z firmy BMT Defence Services razem z naukowcami z Uniwersytetu w Bristolu opracowali model składanego skrzydła (morphing wing), które umożliwia nagłe wyhamowanie drona-samolotu w końcowej fazie lądowania skracając przy tym do minimum miejsce potrzebne do lądowania.

Już pierwsze obejrzenie prezentacji systemu powinno Wam dać odpowiedź skąd inżynierowie zaczerpnęli swój pomysł – dokładnie w ten sposób lądują ptaki.

Składane skrzydło (nazwane „morphing wing”) umożliwia przejście w końcowej fazie lądowania w tzw. „deep stall”, czyli dosłownie „głębokie przeciągnięcie”, podczas którego płat traci siłę nośną przez co samolot nie może poruszać się już dalej lotem ślizgowym i używając nomenklatury lotniczej – maszyna „przepada”.

Choć mechanika płata oraz proces przepadnięcia dla laika mogą wydać się proste i mało zaskakujące, to w rzeczywistości jest to skomplikowana procedura, która w pierwszej kolejności wymagała przestudiowania dokładnej budowy skrzydeł i ich ruchu w momencie lądowania.

Ptaki w ostatnie fazie lotu ślizgowego stawiają skrzydła praktycznie pod kątem prostym do ziemi jednocześnie „zamiatając” nimi w przód i w tył co w ułamku sekundy powoduje wyhamowanie ladującego ptaka, często o dużej masie i bardzo dużej prędkości lotu. Druga ważna obserwacja dotyczy końcówek skrzydeł, które potrafią się skręcać powodując obrót w jedną lub drugą stronę wzdłuż osi podłużnej (samolotu lub ptaka).

Po zastosowaniu obydwu obserwacji przy projektowaniu i budowie płata inżynierowie i naukowcy stanęli przed wyzwaniem stworzenia algorytmów, które będą wstanie w podobny sposób wyhamować bezzałogowy samolot. Choć cały manewr trwa tylko ułamek sekundy na jego przebieg wpływa masa różnych czynników: prędkość lądowania, wiatr – jego siła i kierunek, kąty natarcia. Zespół badaczy postanowił zastosować technikę algorytmiczną znaną z badań nad sztuczną inteligencją nazwaną Q-learning. W skrócie polega ona na tym, że „mózg” drona „uczy się” prawidłowego lądowania poprzez obserwację stanów występujących podczas wcześniejszych prób lądowania i wprowadzanie modyfikacji tak, by wypracować optymalną strategię (tutaj polegałaby na bezpiecznym wylądowaniu z delikatnym przyziemieniem w określonym punkcie bez „przewalenia” drona przez skrzydło, co często występuje w lotnictwie w przypadku przeciągnięć).

Naukowcy „uczyli” lądować drona na sztucznie zawyżonej wysokości – głównie ze względów praktycznych, czyli uniknięcia wielu twardych lądowań w początkowej fazie „nauki”. Samolot miał ustalony konkretny punkt w przestrzeni, który służył za lądowisko – co ciekawe, po każdym przepadnięciu, które odbywało się na znacznej wysokości samolot odzyskiwał sterowność po przeciągnięciu, na nowo nabierał wysokości i podchodził do lądowania kolejny raz. Ile takich lądowań w powietrzu było potrzebnych by sztuczna inteligencja przy zastosowaniu metody Q-learning nauczyła się lądować w ten sposób? Około 5000. Po takiej ilości iteracji – bez programowania ani zdalnego sterowania modelem – dron potrafił już sam wylądować w konkretnym miejscu z przeciągnięciem.

Można zapytać – po co tyle zachodu, poświęconego czasu i zaangażowania ludzi w ten projekt, skoro na pierwszy rzut oka lądowanie w ten sposób i tak musi być „twarde” co wyklucza np. zastosowanie w dronach, na których pokładzie znajduje się sprzęt lub ładunek wrażliwy na takie przyziemienia? Być może w przyszłości dowiemy się nieco więcej od samej firmy BMT. Na filmie mamy prezentację lądowania na prostym modelu samolotu bez podwozia, jednak zastosowanie specjalnie opracowanego amortyzowanego podwozia mogłoby zapewne rozwiązać problem zbyt twardego przyziemienia.

Trzeba również wspomnieć, że ten projekt jest częścią znacznie większego programu obronnego o nazwie ASUR – Autonomous Systems Underpinning Research – dotyczącego opracowania technologii bezzałogowych dla brytyjskiego wojska. W szczególności ten konkretny projekt składanego skrzydła ma pomóc w opracowaniu dronów-samolotów, które mogłyby lądować na statkach marynarki wojennej, które nie są lotniskowcami i nie mają przewidzianego specjalnego pasa do lądowania.

Dopracowanie technologii lądowania z użyciem składanego skrzydła z pewnością przyczyniłoby się do rozpowszechnienia tej konstrukcji w dronach-płatowcach, które są nieporównywalnie lepsze od wielowirnikowców w kwestii długiego czasu operacyjnego w powietrzu (long endurance).

Źródło: http://www.popularmechanics.com/flight/drones/a25718/drone-bird-ai/

PS. Poznajecie model samolotu z górnego zdjęcia? To stary dobry Bixler z pianki EPO, bardzo odporny na uszkodzenia, od lat używany przez początkujących modelarzy do nauki latania oraz lotów FPV. Sam kilka lat temu latałem na jednej z wielu bliźniaczych konstrukcji – Easy Star 2 ;).