Ποιοι είναι τα ρομπότ;
Πριν από μερικά χρόνια, ένα ωραίο πράγμα εμφανίστηκε στο Reddit - οι επιστήμονες περιέγραψαν περίπλοκο
Η ρομποτική είναι μια συνεργιστική που εφαρμόζεταιπεδίο δράσης. Αποτελείται από προγραμματισμό, μηχατρονική και κυβερνητική. Η Μηχατρονική είναι κάτι που αλληλεπιδρά με τον πραγματικό κόσμο. Και η κυβερνητική είναι μια επιστήμη πολλαπλών συνδέσμων, η οποία περιλαμβάνει, πρώτα απ 'όλα, τη διαχείριση των δημιουργημένων προγραμμάτων.
Τι είναι ένα ρομπότ;Πριν από 15 χρόνια, πολλοί θα έλεγαν ότι πρόκειται για έναν ρομποτικό βραχίονα που δουλεύει σε εργοστάσιο και κάνει συγκόλληση ή βαφή. Μια άλλη δημοφιλής απάντηση είναι το ρομπότ Android από τον κόσμο του κινηματογράφου. Είναι όμως ένα κινούμενο καρότσι ή ένα μη επανδρωμένο όχημα ρομπότ; Ναι, είναι και αυτός ένας από τους τομείς της ρομποτικής. Τα αεροσκάφη είναι επίσης ρομπότ, μερικές από τις τελευταίες εξελίξεις περιλαμβάνουν ευφυείς τεχνολογίες και είναι, στην πραγματικότητα, αυτόνομα ρομπότ.
Το κινητό καρότσι είναι επίσης ένα ρομπότ
Υπάρχει επίσης μια τέτοια περιοχή ρομποτικής όπως το πεδίορομποτική - «κινητή ρομποτική». Αυτό περιλαμβάνει όλα τα ρομπότ που κινούνται σε χωράφι, κτίριο ή υποβρύχια. Η πιο ενδιαφέρουσα εφαρμογή, κατά τη γνώμη μου, είναι η γεωργία.
Ιστορία αεροσκαφών
Η ιστορία των αεροσκαφών ξεκίνησε στο παρελθόναιώνας. Πριν από αυτό, πετούσαν μόνο μπαλόνια χωρίς κινητήρα και ήταν δύσκολο να τα ονομάσουμε ρομπότ. Στις αρχές του περασμένου αιώνα λειτουργούσαν δύο τύποι αεροσκαφών - αερόπλοια και αεροπλάνα. Η πρώτη ελεγχόμενη πτήση έγινε από τους αδελφούς Ράιτ. Επιπλέον, ο πρώτος αυτόματος πιλότος εμφανίστηκε αρκετά γρήγορα, σχεδόν 10 χρόνια μετά, βοήθησε στη σταθεροποίηση της πτήσης.
Η τρέχουσα κατεύθυνση της ρομποτικής σχετίζεται μεανάπτυξη και διαθεσιμότητα νέων ανοιχτών αυτόματων πιλότων όπως το PixHawk (το PixHawk είναι ανοιχτό υλικό για ελεγκτές, drones και άλλα UAV. Χρησιμοποιείται για ακαδημαϊκούς, ερασιτεχνικούς και επαγγελματικούς σκοπούς). Ένα παράδειγμα της άφιξης των drones στη ζωή κάθε ανθρώπου είναι η παράδοση πίτσας από την εταιρεία Dodo Pizza μαζί με την Copt Express, αυτό συνέβη το 2014.
Ιστορία αεροσκαφών
Πώς ελέγχεται το drone
Τα σύγχρονα αεροσκάφη χρησιμοποιούν ένααπό τις τρεις αρχές δημιουργίας ανύψωσης - αεροστατικό, αεριωθούμενο ή αεροδυναμικό. Η αεροδυναμική αρχή της πτήσης και η δημιουργία ανύψωσης (ρίψη μέρους του αέρα) μπορεί να εφαρμοστεί είτε λόγω της κίνησης ολόκληρης της συσκευής, εξοπλισμένης με σταθερή επιφάνεια έδρασης (φτερό), είτε λόγω της κίνησης μεμονωμένων εξαρτημάτων έδρασης της συσκευής (κύριος ρότορας, ανεμιστήρας) σε σχέση με τον αέρα.
Πώς πετούν οι συσκευές
Το drone έχει μια προπέλα που δημιουργεί ανύψωση.Έχοντας ξεκολλήσει από το έδαφος, η συσκευή αρχίζει να κινεί την προπέλα πιο γρήγορα και ανεβαίνει. Αλλά η δύναμη της δράσης είναι ίση με τη δύναμη της αντίδρασης. Όταν η έλικα περιστρέφεται, δημιουργείται μια στιγμή προς την αντίθετη κατεύθυνση - αυτός είναι ο σχεδιασμός των ελικοπτέρων και των ελικοπτέρων. Εάν το ελικόπτερο έχει μία προπέλα, δεν θα είναι σταθερό. Ως εκ τούτου, η συσκευή χρησιμοποιεί είτε ένα σχήμα δύο ρότορα είτε έναν δρομέα ουράς.
Το τετρακόπτερο έχει πολύ απλό σχεδιασμό -έχει συνήθως τέσσερις βίδες, δύο από τις οποίες περιστρέφονται προς τη μία κατεύθυνση και δύο προς την άλλη κατεύθυνση. Εάν ο χρήστης πρέπει να προχωρήσει προς τα εμπρός, ορισμένες προπέλες στρίβουν πιο αργά ενώ άλλες πιο γρήγορα. Και αν ο χρήστης θέλει να στρίψει, τότε κάποιες βίδες που τοποθετούνται διαγώνια επιταχύνουν, ενώ άλλες επιβραδύνουν.
Πώς πετάει ένα τετρακόπτερο
Οι κινήσεις του ελικόπτερου στις γωνίες σχετίζονται με την κίνηση κατά μήκοςσυντεταγμένες. Εάν ο πιλότος θέλει να προχωρήσει προς τα εμπρός, πρέπει πρώτα να γείρουμε το drone προς τα εμπρός και στη συνέχεια, καθώς η ηλεκτρική συσκευή τραβάει προς τα εμπρός, να το σταθεροποιήσουμε στο σημείο που θέλουμε να μείνουμε.
Αυτό είναι ένα διάγραμμα ενός από τους πιο δημοφιλείς αυτόματους πιλότους,βάσει των οποίων μπορούν να κατασκευαστούν νέες συσκευές. Συνδέεται με όλους τους κινητήρες και τους αισθητήρες. Επιπλέον, οι κινητήρες έχουν τη δική τους μονάδα ελέγχου, τον ρυθμιστή ESC - Electronic Speed Controller, ο οποίος ελέγχει την ταχύτητα του κινητήρα.
Από τους αισθητήρες υπάρχει GPS για να μπορεί το droneεργαστείτε σε εξωτερικούς χώρους, πετάξτε σε σημεία και σταθεροποιήστε τη θέση. Αλλά μέσα στον ίδιο τον αυτόματο πιλότο υπάρχει επίσης ένα IMU - μια μονάδα αισθητήρα αδράνειας που του επιτρέπει να προσδιορίζει τις γωνίες στάσης. Υπάρχει επίσης ένα κανάλι επικοινωνίας, ένας σταθμός ελέγχου εδάφους και μια μπαταρία.
Συσκευή UAV
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, υπάρχει ένα επίπεδοέλεγχος κινητήρα - μπορούμε, χωρίς δισταγμό, να ρυθμίσουμε την ταχύτητα περιστροφής. Τα υπόλοιπα επίπεδα λειτουργούν με την ίδια αρχή: το επόμενο είναι ο έλεγχος προσανατολισμού.
Αλλά πρώτα πρέπει να ελέγξουμε την ταχύτητα περιστροφής- Τα ελικόπτερα FPV πετούν σε αυτό το επίπεδο (συσκευές που σας επιτρέπουν να παρακολουθείτε την εικόνα από την κάμερα του drone σε πραγματικό χρόνο από το πρώτο πρόσωπο (FPV - First Person View). Έμπειροι πιλότοι ορίζουν την ταχύτητα περιστροφής και κατευθύνουν συνεχώς με το joystick. Το επόμενο Το στάδιο είναι όταν ο χρήστης μπορεί να σταθεροποιήσει τη γωνία, αλλά το drone θα εξακολουθεί να κινείται. Το επόμενο είναι ο έλεγχος ταχύτητας και το υψηλότερο είναι ο έλεγχος θέσης, οι ελιγμοί για να μετακινηθούν σε ένα σημείο ή να κινηθούν κατά μήκος μιας δεδομένης τροχιάς.
Όσοι θέλουν να προγραμματίσουν, να κατασκευάσουν καιέλεγχος drones - θα πρέπει να δώσετε προσοχή στον αυτόματο πιλότο ανοιχτού κώδικα PIX4. Υπάρχει μια ολόκληρη κοινότητα γύρω από την εναέρια ρομποτική (ROS - robotic λειτουργικό σύστημα, ή Open robotics), υπάρχουν προσομοιωτές για drones. Επομένως, πολλά πειράματα μπορούν να πραγματοποιηθούν στον προσομοιωτή χωρίς να υπάρχει το ίδιο το drone.
Στάδια ανάπτυξης drone
Οι ερευνητές ξεκινούν με μια εννοιολογικήμοντελοποίηση, και στη συνέχεια πρέπει να δημιουργήσουν ένα ακριβές μοντέλο της συσκευής. Χωρίς να μπούμε στη φόρμουλα, ένα μοντέλο ελικόπτερο είναι ουσιαστικά ένα άκαμπτο μοντέλο αμαξώματος. Αυτός είναι ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα που επεκτείνεται σε συστήματα σωματιδίων. Έχει μεταφορική και περιστροφική κίνηση, υπάρχουν κινηματική και δυναμική κίνησης και για να περιγράψουμε το μοντέλο μιας συγκεκριμένης συσκευής πρέπει να προσθέσουμε εδώ την εξίσωση των δυνάμεων που δρουν σε ένα συγκεκριμένο drone.
Πώς μοντελοποιούνται τα UAV
Το επόμενο βήμα είναι η ανάπτυξη του συστήματοςδιαχείριση. Αν πάμε με τον κλασικό τρόπο: πρώτα ανακαλύπτουμε το ακριβές μαθηματικό μοντέλο και, στη βάση του, συνθέτουμε ήδη τον αλγόριθμο ελέγχου ή νέους τύπους. Όλα τα επίπεδα μπορούν να συμπεριληφθούν στο σύστημα ελέγχου: σχεδιασμός κίνησης, αντίληψη περιβάλλοντος, εκτίμηση κατάστασης με τη βοήθεια αισθητήρων. Οι αλγόριθμοι μας επιτρέπουν να βελτιώσουμε τις συντεταγμένες και τα δεδομένα μας.
Σύστημα ελέγχου drone
Όταν υπάρχει αλγόριθμος ελέγχου, μπορεί να είναι άμεσαισχύουν, αλλά είναι αρκετά ακριβό. Οι συσκευές καταρρέουν με το παραμικρό σφάλμα - αυτό πρέπει να ληφθεί υπόψη και να γίνουν αντίγραφα ασφαλείας. Για τη δοκιμή χρησιμοποιούνται προσομοιωτές.
Παρακάτω είναι μια εικονική περιήγηση στην Innopolisείναι προϊόν του πανεπιστημίου μας, είναι διαθέσιμο για λήψη στο GitHub. Αυτό δεν είναι μόνο ένα οπτικό στοιχείο, αλλά και τα δεδομένα όλων των αισθητήρων της συσκευής. Διαθέτει όλους τους αισθητήρες θέσης, ελέγχεται σαν drone και μπορεί να διορθώσει όλους τους αλγόριθμους ελέγχου.
Πώς μαθαίνουν τα drones στην προσομοίωση
Όταν βασίζεται στην εμπειρία με τον προσομοιωτή εμφανίζεταιπερισσότερη εμπιστοσύνη - μπορείτε να προχωρήσετε στην υλοποίηση υλικού. Τα εξαρτήματά του φαίνονται εδώ: η κατασκευή της συσκευής από άνθρακα και σύνθετο, η δημιουργία ηλεκτρονικών, η τοποθέτηση κινητήρων, η στερέωσή τους.
Οι δοκιμές δεν ξεκινούν στο δρόμο:Αρχικά, οι συσκευές δοκιμάζονται σε ανάρτηση ή ειδική βάση. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό σφαλμάτων στοιχείων της λειτουργίας ενός μη επανδρωμένου εναέριου οχήματος. Για παράδειγμα, ένα αεροσκάφος κάθετης απογείωσης και προσγείωσης εμφανίζεται εδώ - αυτό είναι ένα υβρίδιο ενός ελικόπτερου και ενός αεροπλάνου· στο βίντεο μπορείτε να δείτε πώς αντιμετωπίζει εξωτερικές διαταραχές και διατηρεί μια γωνία. Στα δεξιά είναι ένα αρκετά τρελό πείραμα όπου ανάβεις πέντε κινητήρες ταυτόχρονα και βλέπεις πώς το χειρίζεται το σύστημα ελέγχου.
Πώς κατασκευάζονται τα drones
Μετά τις δοκιμές, προχωρούν σε πτήσεις -μικρές απογειώσεις σε χαμηλές ταχύτητες, ελεγχόμενη κίνηση με πιλότο που μπορεί να πάρει τον έλεγχο. Η τελευταία συγχορδία είναι μια εντελώς μη επανδρωμένη πτήση.
Η συσκευή απογειώνεται κάθετα -"σαν ένα ελικόπτερο", τότε ο κύριος κινητήρας του ανάβει, το drone επιταχύνει, μεταβαίνει σε λειτουργία πτήσης και αναπτύσσει επαρκή ταχύτητα για να λειτουργήσει το φτερό. Στη συνέχεια, οι έλικες του περιγράμματος σβήνουν και πετάει σαν αεροπλάνο - η διαδικασία προσγείωσης πραγματοποιείται με αντίστροφη σειρά.
Τι συμβαίνει με τα drones
Ένα από τα σύγχρονα καθήκονταεπιστήμονες — παρακάμπτοντας εμπόδια κατά την πτήση. Ορισμένα drones γνωρίζουν ήδη πώς να το κάνουν αυτό, αλλά το έργο είναι λίγο ευρύτερο - πρέπει να διδάξετε τις συσκευές να κινούνται όσο το δυνατόν γρηγορότερα σε ένα περιβάλλον με εμπόδια. Και υπάρχει ακόμα χώρος για να προσπαθήσουμε και να βελτιώσουμε τους αλγόριθμους.
Ένα άλλο παράδειγμα τέτοιων δοκιμών είναι μια πτήση προςδάσος. Υπάρχει μια πολύ ενδιαφέρουσα προσέγγιση - δεν χρησιμοποιούνται μόνο νέοι αλγόριθμοι, αλλά και αισθητήρες - μια κάμερα εκδηλώσεων. Αυτή είναι μια κάμερα πολύ υψηλής συχνότητας που μεταδίδει τη διαφορά μεταξύ των καρέ σε κάθε μονάδα χρόνου: αυτό σας επιτρέπει να ελέγχετε γρήγορα και να αντιδράτε στα εμπόδια.
Στον τομέα του σχεδιασμού κίνησης drone,ανταγωνισμός: ποιος θα το κάνει πιο γρήγορα. Το καθήκον είναι να χαρτογραφήσετε μια άγνωστη περιοχή, να δημιουργήσετε την τρισδιάστατη αναπαράστασή της, να βρείτε αντικείμενα σε αυτήν. Πετάξαμε στο πανεπιστήμιο, αλλά λύσαμε και το πρόβλημα της εύρεσης αντικειμένων. Τα αποτελέσματά μας ήταν ακόμη καλύτερα από γνωστούς δημοσιευμένους αλγόριθμους.
Υπάρχουν διαγωνισμοί στον αγώνα των drones.Κατασκευάζονται σε συσκευές με κάμερα, όταν ο πιλότος έχει γυαλιά και ελέγχει το drone για να πετάξει μέσα από την πύλη όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Ένα αρκετά θεαματικό γεγονός, όπου η ίδια εργασία πρέπει να εκτελεστεί σε αυτόματη λειτουργία. Δυστυχώς, μέχρι στιγμής ο υπολογιστής έχει καταφέρει να νικήσει ένα άτομο μόνο στο σκάκι και το ρομπότ drone δεν κατάφερε να προσπεράσει έναν άνθρωπο πιλότο, αν και η πρόοδος είναι ήδη αρκετά σοβαρή. Ένα drone με τη βοήθεια ενός αλγόριθμου μηχανικής όρασης μπορεί να εκτελέσει τέτοιες εργασίες, η δουλειά είναι μόνο να αυξήσει την ταχύτητα.
Ένας άλλος διαγωνισμός είναι η Microsoft Games ofdrones, πραγματοποιείται σε προσομοιωτή. Στον ίδιο χώρο διεξάγεται ένας από τους διάσημους κορυφαίους αγώνες της Σαουδικής Αραβίας. Οι συμμετέχοντες εκεί προσλαμβάνονται για τρία χρόνια εκ των προτέρων.
Μη επανδρωμένες συσκευές χρησιμοποιούνται για σόου με drone- Πρόκειται για θεαματικά γεγονότα που σήμερα έχουν γίνει αντικατάσταση των πυροτεχνημάτων. Αλλά αυτή δεν είναι η μόνη ομαδική χρήση - μπορούν να επιθεωρήσουν μια μεγαλύτερη περιοχή.
Όπου ισχύει
Για να μην μοιάζει αποκλειστικά επιστημονικόανάπτυξη, παρακάτω είναι ένα demo του Skydio drone. Τώρα αυτή είναι η πιο προηγμένη συσκευή από άποψη αυτονομίας. Αυτό είναι ένα παράδειγμα του πώς οι σύγχρονες τεχνολογίες - χαρτογραφία, αποφυγή εμποδίων, σχεδιασμός κυκλοφορίας χρησιμοποιούνται μαζί σε ένα προϊόν που είναι ήδη διαθέσιμο στον χρήστη.
Μια άλλη κατεύθυνση είναι τα νέα σχέδιααεροσκάφος. Ένα από αυτά είναι τα πτυσσόμενα drones. Μια τέτοια συσκευή μπορεί να πετάξει σε στενούς χώρους για επιθεώρηση μετά από ατύχημα. Ένα άλλο παράδειγμα είναι ένα drone που μπορεί να ξεδιπλωθεί. Για παράδειγμα, μπορεί να πετάξει έξω από έναν στενό πνευματικό σωλήνα και μετά να πετάξει ως συνήθως.
Έχουμε επίσης ένα έργο σε αυτόν τον τομέα - αυτό είναιμαλακό Tensodrone. Αυτό είναι το πρώτο drone με μαλακό κέλυφος που πετά. Η απόλαυση είναι ότι μπορείς να το ρίξεις και θα παραμείνει άθικτο. Επιπλέον, μπορείτε να αλλάξετε το μήκος των δοκών, την τάση των καλωδίων.
Δύο παραδείγματα που θα ζωντανέψουνσύντομα. Πρώτον, παράδοση με χρήση drones. Τώρα υπάρχει μια πολύ ενδιαφέρουσα υλοποίηση όπου συνδυάζουμε έναν τερματικό σταθμό δεμάτων και έναν σταθμό προσγείωσης drone - σε αυτήν την περίπτωση, δεν χρειάζεται να ανησυχούμε για το πότε θα φτάσει το drone, που θα προσγειωθεί, ώστε να μπορέσουμε να φτάσουμε σε αυτό χρόνο και παραλάβετε το φορτίο πριν το κλέψουν. Το δεύτερο παράδειγμα είναι ένα ιπτάμενο ταξί. Αυτός είναι ο πιο συναρπαστικός τομέας ανάπτυξης και υπάρχουν ήδη πρωτότυπα που λειτουργούν. Αυτό όμως θα συμβεί μόνο την επόμενη δεκαετία.
Ποιες εξελίξεις στον τομέα των ιπτάμενων ταξί έχουν εμφανιστεί τα τελευταία 6 χρόνια:
- Η εταιρεία "Hover" παρουσίασε μια συσκευή μεηλεκτρικός κινητήρας χαμηλού θορύβου και συμπαγείς διαστάσεις - όπως ένα αυτοκίνητο. Απογειώνεται σε ύψος 150 m και προσγειώνεται σε τυπική θέση στάθμευσης. Το drone είναι σχεδιασμένο για δύο επιβάτες, το μέγιστο ωφέλιμο φορτίο είναι 300 kg και η ταχύτητα είναι 200 km/h.
— Το 2016, η ρωσική εταιρεία Hoversurfέδειξε ένα hoverbike που μπορείτε να έχετε μαζί σας και να απογειωθείτε ανά πάσα στιγμή από έναν κανονικό χώρο στάθμευσης της πόλης. Φτάνει ταχύτητες έως και 100 km/h και το ύψος ανύψωσης περιορίζεται αναγκαστικά στα 5 μέτρα για λόγους ασφαλείας.
— Το 2018, αναπτύχθηκε από επιβάτη AirbusΤο αεροσκάφος Alpha One VTOL σκαρφάλωσε σε ύψος 5 μέτρων και έμεινε στον αέρα για 53 δευτερόλεπτα. Ο χρήστης θα μπορεί να καλέσει το UAV μέσω της εφαρμογής και να μεταβεί από το ένα σημείο στο άλλο τόσο εντός της πόλης όσο και εκτός αυτής.
— Το 2020 κατασκευάστηκε το αεροταξί CityAirbusπρώτη δωρεάν πτήση. Δοκιμές έγιναν στα προάστια του Παρισιού, στην πόλη Ile-de-France.Το αεροσκάφος CityAirbus είναι ικανό να κινηθεί με ταχύτητα έως και 120 km/h για απόσταση έως και 30 km. Το βάρος του ιπτάμενου ταξί είναι πάνω από 2,2 τόνοι, το CityAirbus είναι εξοπλισμένο με τρεις θέσεις επιβατών και μία θέση οδηγού.
- Το 2022, η κινεζική startup Pantuo Aviation παρουσίασε το T1, ένα ιπτάμενο επίδειξης ταξί με αεραγωγό. Θα πετάει με ταχύτητες άνω των 300 km/h και θα έχει αυτονομία 250 km.
Διαβάστε περισσότερα:
Το διαστημικό σκάφος πέταξε 200 χιλιόμετρα από τον Ερμή. Δείτε τι είδε
Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν πώς οι βιταμίνες επηρεάζουν την εμφάνιση καρκίνου
Το κινεζικό κράνος ανάγνωσης μυαλού κρούει τον κώδωνα του κινδύνου όταν ένα άτομο βλέπει περιεχόμενο πορνό