Przyzwyczailiśmy się już do wielowirnikowych dronów, w których śmigła są ustawione w pozycji pionowej. Daje to wprawdzie możliwość lotu w zwisie, ale niestety rozwiązanie takie jest dość energochłonne. W Wielkiej Brytanii powadzone są prace nad nową konstrukcją drona. Zespołem inżynierów kieruje… jeden z czołowych brytyjskich zoologów. Opracowywany jest tu wojskowy dron z trzepoczącymi skrzydłami, inspirowany ważką – jednym z najwybitniejszych lotników w świecie przyrody.

Podobne drony, do tych które są obecnie opracowywane przez zespół inżynierów widzieliśmy już w 2015 roku w thrillerze „Oko w niebie”, kiedy to w jednej ze scen robot-owad wlatuje do bazy terrorystycznej i zbiera informacje o domniemanych zamachowcach-samobójcach. Wtedy była to tylko fantazja i efekt tricków filmowych, dzisiaj staje się to rzeczywistością.

Do osiągnięcia efektu końcowego nadal jest jednak jeszcze długa droga. Na razie nadal pozostajemy bardziej w sferze wizji, niż realnych wyników, chociaż nadzieje na ich urzeczywistnienie są duże. Trwają intensywne prace nad skonstruowaniem małego drona obserwacyjnego, który naśladuje zachowanie ważki – jednego z najwybitniejszych lotników w świecie przyrody.

Model 3D Skeetera, maleńkiego bezzałogowego drona ze skrzydłami inspirowanymi ważką, zaprojektowanego do celów wywiadowczych, obserwacyjnych i rozpoznawczych (źródło The Engineer)

Prace nad minidronem są prowadzone w firmie Animal Dynamics, będącej spółką zależną Uniwersytetu Oksfordzkiego. Dron Skeeter został opracowany specjalnie do prowadzenia tajnego nadzoru. Waży nie więcej niż 30 gramów. W założeniu ma być tańszy i latać dłużej niż spotykane inne konstrukcje. Firma otrzymała dofinansowanie i wsparcie z niedawno uruchomionej inicjatywy uruchomionej przez Ministerstwo Obrony. Prace powinny być zakończone w ciągu 18 miesięcy.

Dyrektor naukowy Animal Dynamics – prof. Adrian Thomas jest jednym z najwybitniejszych światowych ekspertów w dziedzinie ruchu zwierząt. Szczególnie zafascynował się ważkami, podziwiając ich możliwości. Obserwacje wykazują, że jedna czwarta z nich migruje z Afryki do Wielkiej Brytanii jednym przelotem. Na uwagę zasługuje ponadto ich skuteczność. Ważki potrafią atakować ofiary ze skutecznością 90-procentową, podczas gdy praktyczna, obserwowana m.in. w Ukrainie wykazuje, że skuteczność systemu Patriot nie przekracza 10 procent.

Ważki zawdzięczają swoją niezwykłą zwinność niezależnym mięśniom na każdym skrzydle (źródło The Engineer)

Jednym z kluczowych elementów zdolności latających owada jest fakt, że posiada on niezależne mięśnie dla każdego skrzydła, co pozwala mu na szybsze przyspieszanie i zwinniejsze manewrowanie niż większość innych stworzeń latających. „Mogą machać skrzydłami niezależnie i włączać i wyłączać machanie” – powiedział Thomas. „Mogą nawet zdecydować się na szybowanie, jeśli zechcą”. Dodał, że w porównaniu z ptakami czy owadami dwuskrzydłymi – gdzie długość skoku, kąty i skręt skrzydeł mają wpływ na lot – ważki mają również stosunkowo prosty system sterowania.

Wszystko to czyni je doskonałym modelem dla miniaturowego drona, a Thomas jest przekonany, że będzie w stanie dostarczyć Ministerstwu Obrony urządzenie, które dorówna wydajności, zwinności i precyzji tego stworzenia. Wybitny naukowiec ma jednak dużo większe ambicje. „Musimy być w stanie przewyższyć osiągi ważek pod każdym względem” – powiedział. „Mamy włókno węglowe i odpowiednie silniki. Udało nam się być o rząd wielkości lepszymi w kwestii skrzydeł i silników. Powinniśmy być w stanie zrealizować to zamierzenie”.

źródło The Engineer

Po zakończeniu 18-miesięcznych prac na dronem przewidywane jest spektakularne zakończenie, jakim będzie demonstracja polegająca na długim przelocie. Szef projektu określa go jako „wojskowo użyteczny”. Ciekawe czy dron-ważka pobije rekord wzorowanego na śmigłowcu drona Black Hornet, mikro-UAV, który podobno jest w stanie utrzymać się w powietrzu przez około 25 minut?

Zaprojektowany do zdalnego sterowania, pojazd będzie również wyposażony środki pozwalające na wykonywanie manewrów, takich jak zawisanie w powietrzu i podążanie za ścianami. Jest to szczególnie istotne dla kontynuowania działań w środowiskach bez sygnału GPS.

Jednym z najistotniejszych parametrów wszystkich obiektów latających jest ich masa. Zaoszczędzenie każdego grama natychmiast zauważy akumulator. Ostateczne dron będzie ważyć nieco poniżej 30 g z ładunkiem, który również jest opracowywany przez Animal Dynamics. Stanowi on około połowę masy całkowitej. Dodatkowe korzyści w tym względzie wynikają z zaprojektowania skrzydeł z zużyciem wyjątkowo lekkich i trwałych konstrukcji wykonanych z pojedynczych pasm włókna węglowego pokrytych membraną polimerową.

Kluczem do osiągów Skeetera będzie silnik o wysokim stosunku mocy do masy (źródło The Engineer)

Masa drona to jednak nie wszystko. W takim projekcie niezwykle ważna jest cena i koszty opracowania konstrukcji. Inżynierowie starają się stosować komponenty COTS (dostępne komercyjnie) wszędzie, gdzie tylko jest to możliwe. Najbardziej oczywistym przykładem są baterie. Dużą rolę w ich rozwoju odgrywa branża telefonii komórkowej. Dzięki najnowszym opracowaniom  możliwe stało się osiągnięcie gęstości mocy, o jakiej zespół 12 miesięcy temu mógł tylko pomarzyć.

Być może najważniejszą innowacją, według Thomasa, jest opracowanie silnika o wyjątkowo wysokim stosunku mocy do masy. I choć nie chce zdradzać szczegółów, wierzy, że opracowany przez zespół system może znaleźć wiele lukratywnych zastosowań również poza wojskiem.

Nanohelikopter Black Hornet jest już używany przez brytyjskie siły zbrojne (źródło The Engineer)

Trzepotanie w powietrzu i na wodzie

Równolegle z projektem Skeeter, Thomas i Caccia przygotowują się do próby pobicia rekordu prędkości na wodzie. Specjalna łódź będzie wyposażona w system napędowy z trzepotaniem napędzany siłą mięśni ludzkich. Jest to podejście do napędu morskiego, które według Thomasa ma ogromną przewagę nad dotychczasową technologią.

– W przypadku śrub napędowych końcówki obracają się za szybko, a korzenie za wolno. Przy jednej konkretnej prędkości jest to poprawne i naprawdę wydajne, ale w szerokim zakresie osiągów nie ma wątpliwości, że napęd z trzepoczącym ogonem jest bardziej wydajny. Jeśli chcemy czegoś, co może poruszać się wolno i szybko, a jednocześnie jest wydajne, to stosujemy niewłaściwe rozwiązanie – twierdzi Thomas.

Naukowiec ma nadzieję, że próba osiągnięcia rekordowej prędkości (która obecnie wynosi 18 węzłów) podniesie prestiż tej technologii. Napęd z trzepoczącym ogonem ma również potencjał jako bardziej ekologiczna forma wytwarzania energii w środowisku morskim.

– Jedną z zalet generatora wodnego opartego na trzepoczącym ogonie jest to, że przekładnia jest naprawdę wysoka, dzięki czemu ogon porusza się dość wolno – wolniej niż ryby i inne organizmy morskie – więc jest to całkiem bezpieczne ekologicznie.

Źródło: theengineer.co.uk