Современные технологии беспилотных летательных аппаратов стремительно развиваются, открывая новые горизонты для применения в различных областях. Особенно перспективным является направление создания гибридных дронов, способных не только летать, но и перемещаться по земле, что значительно расширяет их функциональные возможности. Один из самых впечатляющих представителей этого класса роботов — гибридный дрон ATOM, разработанный исследователями Сингапурского университета технологий и дизайна. Его уникальные характеристики и инновационный дизайн делают его настоящим прорывом в области робототехники. ATOM, что расшифровывается как Aerial and Terrestrial mode Operating Mono-wing, представляет собой дрон, который умеет легко переключаться между воздушным режимом и наземным передвижением.
Инженеры смогли добиться этого, используя всего два актуатора, что существенно упрощает конструкцию и повышает надежность аппарата. Такая минималистичность отличает ATOM от многих гибридных роботов, у которых, как правило, многоступенчатая трансформация сопровождается увеличением веса и энергопотребления. Особенностью дизайна ATOM является одна большая моно-крыло в форме половинки груши, которая заключена в лёгкий каркас. Этот каркас одновременно исполняет роль защитной клети во время полёта и обеспечивает возможность катания по земле, выступая в качестве роликового корпуса. Концепция крыла дрона вдохновлена природой — формой и вращением семян самары, например, клена или ясеня.
Подобная форма позволяет семенам летать далеко благодаря вращению, что в свою очередь улучшает подъёмную силу и устойчивость. Благодаря этому природному решению ATOM отличается очень эффективным расходом энергии в полёте, по сравнению с традиционными квадрокоптерами, которым требуется много энергии, чтобы удерживаться в воздухе длительное время. В режиме полёта дрон умеет взлетать вертикально и садиться в таком же положении. Кроме того, его крыло вращается в обе стороны — по часовой и против часовой стрелки, что заметно расширяет возможности по маневрированию и устойчивости. Эта двойственная вращательная система основана на двух моторах с противоположным направлением вращения, которые дают аппарату возможность плавно набирать высоту и контролировать спуск, а также обеспечивают точные движения в воздухе.
Уникальной особенностью гибрида является безболезненный переход из воздушного режима к наземному и обратно. Многие гибридные роботы сталкиваются с повышенным энергопотреблением и усложнением конструкции из-за количества актуаторов, нужных для трансформации. В случае с ATOM все управление режимами достигается всего двумя моторами и продуманной механической конструкцией, что сводит вероятность поломок к минимуму и сохраняет высокую энергоэффективность. Для передвижения по земле ATOM использует свой каркас как большой ролик, на котором он катится, приводимый в движение теми же моторами, что и в полёте. Такое универсальное использование двигателей существенно экономит заряд батареи и повышает долговечность аппарата.
Уникальная способность дрона исправиться, если он упадет вверх дном, исключает «зависание» в нерабочем состоянии. Это качество чрезвычайно важно при эксплуатации в экстремальных и непредсказуемых условиях. Каркас из углепластика обеспечивает необходимую прочность и одновременно легкость, позволяя дрону сохранять структурную целостность при столкновениях и столкновениях с препятствиями как в воздухе, так и на поверхности. Исследования показали, что ATOM способен с уверенностью преодолевать наклоны до 15 градусов, а также отличается высокой надежностью переключения режимов без сбоев. Энергоэффективность гибридного дрона заслуживает особого внимания.
В режиме наземного передвижения ATOM работает почти 45 минут на одном заряде, что заметно превышает возможности многих традиционных роверов. В воздухе его время автономной работы составляет около 5 минут, что для гибридного аппарата с таким функционалом — впечатляющий показатель. Такой баланс позволяет использовать ATOM для длительных миссий по наблюдению, поиску и спасению, когда есть необходимость охватить большие площади с минимальными затратами энергии. Еще одним преимуществом дрона стала возможность дифференцированного управления мотором в режиме наземного движения. Благодаря этому ATOM может осуществлять точные повороты и маневры на гладких поверхностях, таких как виниловые или плиточные полы.
Однако исследователи отмечают, что работа на неровных поверхностях требует дополнительного улучшения, над чем в настоящее время ведутся работы. Преимущества гибридного дрона ATOM выходят далеко за пределы его технических характеристик. Его появление отвечает запросам современного общества к универсальным роботам, способным работать в сложных условиях без замены техники. Возможность «летать и ездить» в одном аппарате снижает затраты на эксплуатацию и повышает эффективность выполнения различных задач. Перспективные области применения гибридного дрона обширны и разнообразны.
В гуманитарной сфере ATOM может стать незаменимым помощником в поисково-спасательных операциях в зонах стихийных бедствий, где традиционная техника часто оказывается бесполезной из-за разрушений и завалов. В экологическом мониторинге он позволит собирать данные как с воздуха, так и на земле, покрывая обширные и труднодоступные территории без необходимости смены аппарата. В военной и охранной сферах ATOM может выполнять разведывательные функции, переключаясь между режимами полёта и передвижения в зависимости от ситуации, сохраняя при этом заряд батареи для критически важных задач. Несмотря на многообещающие результаты, прототип ATOM сталкивается с некоторыми ограничениями. Максимальная скорость наземного движения достигает примерно 8 километров в час, что может казаться невысоким для некоторых приложений.
Кроме того, дрон пока не способен эффективно совершать резкие повороты на высокой скорости, предпочитая останавливаться перед изменением направления, хотя он умеет выполнять большие радиусы поворотов, что позволяет избежать потерь энергии. Разработчики подчеркивают, что именно простота конструкции является ключевым элементом успеха проекта. За счет минимального количества актуаторов и продуманного дизайна снижается риск механических поломок, а также удешевляется производство, что может поспособствовать широкому внедрению технологии. В будущем планируется добавить новые функции, такие как режим ползания, при котором дрон будет передвигаться, перетягивая корпус, что расширит его возможности в сложных ландшафтах. К тому же, дальнейшие исследования ориентированы на улучшение сенсорного оборудования и автономности управления, что позволит ATOM ориентироваться в всё более сложных и изменчивых средах без постоянного контроля человека.
Это открывает перспективы для создания полностью независимых роботов нового поколения, способных решать широкий спектр задач в экстремальных условиях. В итоге, гибридный дрон ATOM является наглядным примером того, как инновации в робототехнике могут преобразовать возможности автономных систем. Сочетая в себе устойчивость, энергоэффективность и универсальность, он задает новый стандарт для будущих разработок дронов, способных адаптироваться к многообразию условий и требований современного мира. Развитие подобных технологий имеет потенциал значительно повлиять на безопасность, экологический мониторинг и работу спасательных служб, делая их быстрее, надежнее и эффективнее.
