Você pode agora projetar seu próprio drone híbrido e sistema de controle, mesmo sem conhecimento de aerodinâmica, graças ao trabalho do Massachusetts Institute of Technology.

Leia aqui um RESUMO do artigo

A equipe projetou uma rede neural que pode simular o voo...
e otimizar o sistema de controle de um drone híbrido. O usuário cria seus próprios projetos misturando, combinando e manipulando parâmetros de uma biblioteca de componentes. O que isto significa é que mesmo pessoas sem ideia do que estão fazendo podem projetar um drone híbrido. Impressionante!

Crie seu próprio drone híbrido

A equipe desenvolveu um sistema no qual você pode simplesmente projetar seu próprio drone híbrido em CAD. Eles desenvolveram uma biblioteca de subcomponentes, projetada por especialistas; com asas, fuselagens, montagens de propulsor, etc. A forma e o tamanho destas peças são controlados por paramétricos. Há também restrições que determinam como as peças podem ser montadas.

Cinco modelos híbridos utilizados no treinamento. Todos foram escolhidos pela sua forma e tamanho muito diferentes. Imagem usada apenas para fins de relatório. Todos os direitos autorais são de: Learning to Fly XU, DU, Foshey, et al.

O drone é então colocado em uma série de simulações onde aprendizado de máquina é usado para gerar um sistema de controle estável.

O que é um drone híbrido?

Drones híbridos são uma combinação de multicópteros e aviões de asa fixa.

Os multicópteros têm excelente flexibilidade de vôo e estável capacidade de flutuação. No entanto, são aerodinamicamente instáveis e exigem um computador de bordo para estabilizá-los em todos os momentos.

Aviões de asa-fixa, por outro lado, são mais estáveis e eficientes em termos de energia durante o vôo nivelado.

Drones híbridos combinam esses dois desenhos para maximizar a eficiência. Até mesmo o Exército dos EUA está projetando drones híbridos. No entanto, seus sistemas de controle são no geral altamente complexos. Isso se deve ao fato de nos drones híbridos a aerodinâmica muda rápida e dramaticamente durante um vôo.

Há também um grande número de maneiras de combinar as duas concepções, o que leva a uma série de projetos de drones francamente desconcertante. Tudo isso complica ainda mais o design do sistema de controle. Por essa razão, os designers têm relutado um pouco em explorar drones híbridos.

Como você controla um drone híbrido?

Normalmente controles de drone híbridos são projetados em três modos separados; “hélices”, “planos” e “transicional” (onde ambos os conjuntos de lâminas estão em movimento). O design dos controles para isso pode ser extremamente trabalhoso e altamente complexo, devido à grande variedade de design, formas, centro de gravidade e mudanças aerodinâmicas.

Até agora, o sistema de controle tem sido encriptado. Este novo sistema usa uma rede neural que transita automaticamente entre os três estágios.

Ele usa aprendizado de máquina, o que significa que a cada simulação de cada projeto, o programa fica melhor. No futuro, a equipe espera poder usar cálculos da simulação de um projeto para assistir nos cálculos do próximo.

Eles alimentaram diferentes modelos de drones em simulações, e executaram essas repetidamente, até que o computador pudesse manter um vôo estável e controlado.

Desafios

projete seu próprio drone com simulação por computador
Comparação de um voo de simulação com testes reais. Imagem usada apenas para fins de relatório. Todos os direitos autorais são de: Learning to Fly XU, DU, Foshey,et al.

Como todos sabemos, simulação por computador e vida-real nem sempre se alinham perfeitamente. A equipe adicionou variáveis à simulação para criar um estado de teste mais “robusto” que iria compensar diferenças entre realidade e simulação.

Testando na vida real

drone híbrido modelo construído em simulação de computador
Modelos do mundo-real feitos de projetos CAD. Imagem usada apenas para fins de relatório. Todos os direitos autorais são de: Learning to Fly XU, DU, Foshey, et al.

Eles criaram com sucesso modelos reais de seus drones e voaram usando o sistema de controle que a simulação gerou. Cada um dos designs de drones híbridos testados foi deliberadamente muito diferente.

Os drones foram fabricados usando impressão 3D, corte a laser, e montagem manual. Os chassis internos eram feitos de tubos de fibra de carbono com conectores de nylon reforçados com fibra de vidro, impressos em 3D. Enquanto as asas foram construídas a partir de espuma de corte a laser ou madeira de balsa e filme plástico termorretrátil. (A espuma de corte a laser é mais durável, enquanto as asas encolhidas por calor têm elevação mais eficaz.)

Incrivelmente, o mesmo controlador foi usado para todos os três modelos do mundo real!

Material técnico

O controlador de vôo foi construído em uma versão modificada do ArduCopteron um hardware de computador de vôo open-source Pixhawk. Os propulsores foram motores elétricos sem escova.

Leia o 'paper' completo.

O Que vem adiante?

A equipe gostaria de desenvolver mais os princípios para adicionar cálculos para partes móveis, como os lemes. Eles também gostariam de gerar um algoritmo que pudesse sugerir automaticamente a otimização de peças componentes durante o processo de design.

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