Cheia creșterii gamei de aplicații pentru drone este dată de creșterea complexității sistemelor electronice încorporate în acestea. Senzorii miniaturizați utilizați în dronele de astăzi le permit acestora să fie mai mici ca niciodată, mai ușoare și mai accesibile, îmbunătățind tehnologia viziune-mașină (activată de noua generație de sisteme puternice de control al zborului) care le oferă o navigare autonomă mai bună, evitarea obstacolelor și analiză în timp real.
Dezvoltarea dronelor a fost în mod tradițional dificilă, scumpă și consumatoare de timp, dar astăzi, disponibilitatea unor platforme de dezvoltare a dronelor a schimbat toate acestea. Noile platforme de la Intel, Infineon și Parallax fac mai simplă ca niciodată implementarea de aplicații cu drone.
Origini militare
Încă de la început, atunci când oamenii au construit primele aparate de zbor, ideea unui vehicul aerian fără pilot a fost extrem de atrăgătoare. Avioanele ne permit să călătorim rapid, să avem o privire ca de pasăre asupra lucrurilor și să ne deplasăm liber neafectați de obstacolele de la sol. Atunci, când vine vorba de zbor, aparatele de zbor mai ușoare sunt mai bune în comparație cu cele de mari dimensiuni și grele totodată, care trebuie să găzduiască o ființă umană. Aceasta implică o complexitate mai mare, costuri mai ridicate și o rază de acțiune mai mică, deoarece o masă mai mare necesită un consum de combustibil mai ridicat. Dronele rezolvă toate aceste probleme. Fiind fără pilot, aceste vehicule aeriene pot fi făcute mai ușoare, mai mici și mai ieftine, mai ales că nu este necesar nici suport pentru viață. Astfel, vehiculele se concentrează doar pe caracteristicile de a fi ușoare, manevrabile și cu o rază de acțiune cât mai mare posibilă. Fără riscurile de a cauza probleme oamenilor, dronele pot, de asemenea, îndeplini sarcini mai periculoase decât cele cu pilot uman. De aceea, nu este de mirare că dronele au rădăcini adânci în zona militară.
Vehiculele aeriene fără pilot au apărut inițial în anii 1930. Dezvoltările timpurii de drone au inclus baloane proiectate pentru a elibera la anumite intervale de timp bombe asupra liniilor inamice și avioane fără pilot cu explozibil la bord, gândite să se prăbușească după un număr dat de rotații ale motorului. Avansul tehnologiei radio a condus la o mai bună navigare. Una dintre primele drone controlate radio (RC) a fost utilizată în timpul celui de-al doilea război mondial pentru a antrena țintașii anti-avioane asupra modului în care să tragă împotriva unor ținte aeriene cu mișcare realistă. De atunci, ritmul de dezvoltare al dronelor a crescut și au fost folosite din ce în ce mai mult în scenele actuale de luptă. Dronele au fost folosite începând cu anii 1970 în conflicte majore din întreaga lume.
Micro-revoluție
În vreme ce dronele au fost utilizate în context militar un interval considerabil de timp, numai în acest deceniu au devenit suficient de accesibile pentru a intra pe piața de larg consum.
Dronele de uz personal au devenit posibile datorită tehnologiilor inovative din zona sistemelor micro-electro-mecanice (MEMS), conduse de cerințele de pe piața telefoanelor inteligente.
Navigația aeriană necesită senzori complecși pentru a monitoriza orientarea fizică, precum și accelerația pe 3 axe diferite. În trecut, acest lucru implica utilizarea unor unități de măsurare inerțială scumpe (IMU) care constau din accelerometre, giroscoape și magnetometre. Aceste unități senzoriale de dimensiuni macro erau mari, grele și extrem de scumpe, limitând utilizarea lor la aplicații profesionale aerospațiale, navale și la industria de apărare.
Utilizând aceleași tehnici care sunt aplicate tehnologiilor de fabricare a semiconductoarelor, tehnologia MEMS reduce dimensiunile accelerometrelor, giroscoapelor și magnetometrelor, permițând acestora să fie mult mai mici, ieftine și chiar mai sigure în funcționare. Astăzi, un senzor cu 9 axe, precum Bosch BNO055 care măsoară orientarea după busolă, orientarea fizică și accelerația pe 3 axe, poate fi de dimensiunea unui cip micuț, mai mic decât o unghie.
Dimensiunea extraordinară și reducerea masei dispozitivelor IMU bazate pe MEMS le-a permis astăzi să conducă dronele, iar prețul lor redus a însemnat că dronele pot fi accesibile utilizatorului mediu sau micilor afaceri. Odată ce dronele au început să intre pe mâinile utilizatorului de zi cu zi și a micilor afaceri, s-a îmbunătățit și diversificat și modul de utilizare al lor. Astăzi, dronele sunt utilizate în orice aplicații de la logistică la operații de salvare.
Pentru aplicațiile din zona logisticii, dronele au fost utilizate pentru livrarea unor pachete rapid și eficient. Abilitatea lor de a zbura le permite să învingă traficul și să navigheze deasupra obstacolelor de pe pământ. Nu numai că dronele pot livra mai rapid și eficient decât oamenii, dar pot livra și în zone și locuri în care oamenii nu pot ajunge ușor. Locuiți la etajul al 15-lea dintr-un bloc de locuințe? O dronă poate livra un pachet direct pe balconul dvs. Dacă vă decideți asupra unui picnic neprogramat în parc, o dronă poate livra pizza direct la locul indicat de GPS-ul telefonului dvs. inteligent.
Abilitatea dronelor de a cartografia 3D rapid și precis zone mari, a transformat supravegherea și a oferit potențialul de a schimba diverse industrii, precum și turismul. O dronă comandată de la distanță cu un GPS de înaltă precizie poate obține fotografii detaliate ale unor suprafețe mari în numai câteva ore sau câteva minute. Aceste fotografii de înaltă rezoluție pot fi apoi puse împreună cu un software specific pentru a construi o hartă 3D a terenului, incredibil de precisă. Zone care odinioară necesitau ca o echipă la sol să lucreze săptămâni întregi, pot fi observate acum în numai câteva zile, mulțumită dronelor.
Dronele sunt utile, de asemenea, în operațiunile de căutare și de salvare în caz de dezastre. Imediat după apariția unor dezastre naturale, infrastructura cheie (precum drumurile și energia electrică) pot fi grav afectate, făcând dificilă găsirea rapidă și eficientă a soluțiilor de la nivelul solului. În aceste situații, dronele pot efectua supravegheri aeriene asupra unor zone, pentru a descoperi locul și starea unui dezastru sau pentru a căuta oameni răniți. Dronele pot oferi chiar și primul ajutor, prin furnizarea de produse critice, precum alimente sau medicamente pentru victimele din zonele monitorizate.
Tehnologia dronelor
Ca vehicule aeriene miniaturizate, controlate wireless, dronele sunt o culme tehnologică. Acestea dispun de unele dintre cele mai recente tehnologii de navigație, calcul și aeronautică pe care le avem astăzi. O dronă constă din șasiu, rotoare, motoare, controlere de viteză, o baterie și un controler de zbor. În vreme ce aspectele mecanice, precum rotoarele, tipul șasiului și motorul determină caracteristicile de zbor și capacitatea portantă, sistemele electronice existente la bord, disting dronele moderne de avioanele și elicopterele RC de ieri.
Fiecare rotor și motorul corespunzător, dispun de un controler de viteză electronic (ESC – Electronic Speed Controller) care controlează viteza motorului. ESC-ul este un circuit de semnal mixt, care furnizează putere AC trifazată de înaltă rezoluție pentru a comanda motoare fără perii pe baza unui semnal de control. Conectate la un motor și la baterie, ESC-urile sunt dimensionate în acord cu cantitatea de curent pe care o pot comanda.
Pe lângă ESC, controlerul de zbor este un alt sistem electronic esențial de la bordul unei drone. În vreme ce avioanele și elicopterele RC oferă operatorilor control direct asupra vitezei motorului, dronele moderne dispun de rotoare multiple, iar complexitatea coordonării vitezelor rotoarelor necesită un sistem automat. Controlerul de zbor utilizează o matrice de senzori precum GPS, giroscop, accelerometru, busolă și barometru pentru a stabiliza și naviga drona prin reglarea vitezei rotoarelor.
Controlerele de zbor moderne încep de la a oferi un control simplu al stabilității, până la o navigare complet autonomă cu evitarea obstacolelor utilizând tehnologia viziune-mașină – posibilă pe platforme avansate precum placa de calcul Aero de la Intel.
Începerea utilizării dronelor
Deși există o anumită bucurie în construirea propriei drone de la nivelul de schiță, acest lucru necesită mult timp, efort și perseverență. Din fericire, astăzi există disponibile platforme de vehicule aeriene fără pilot (UAV – Unmanned Aerial Vehicle), care vă permit alegerea exactă a cât de adânc doriți să săpați. Poate că cea mai completă și flexibilă platformă UAV de până acum este seria Aero de la Intel. Aceasta poate veni fie ca placă computerizată cu controler de zbor, fie ca platformă de dezvoltare dronă “gata de zbor”.
În opțiunea gata de zbor, drona Aero de la Intel este un quadrocopter complet asamblat, ce rulează Linux pe un procesor Atom SoC multi-nucleu. Acesta are preinstalat software-ul pentru controlerul de zbor – permițând utilizatorilor să folosească drona imediat după scoaterea din cutie, fără a fi necesare alte programări. Platforma Aero gata de zbor permite utilizatorilor să se concentreze imediat pe dezvoltarea de aplicații complexe, în loc să piardă timp cu mecanica de control al zborului.
Drona Aero dispune, de asemenea, de camere multiple, inclusiv o cameră frontală Intel RealSense™ R200. R200 este un sistem de cameră bazat pe tehnologia viziune-mașină cu detecția profunzimii, incluzând camere convenționale duale precum și o cameră în infraroșu și un proiector laser în infraroșu. Viziunea stereo și componentele infraroșii permit obținerea de imagini 3D cu capabilitate de detecție a profunzimii. Aceasta poate fi utilizată pentru aplicații de evitare a coliziunilor, supraveghere, cartografiere 3D și multe altele. Pe lângă faptul că este vândută ca o dronă completă, gata de zbor, platforma Aero este, de asemenea, disponibilă ca o placă de calcul cu carcasă opțională și cameră Real Sense, care permite integrarea de capabilități de calcul și tehnologie viziune-mașină pe alte șasiuri de drone multicopter.
Deși au fost odată doar simple jucării pentru pasionați, dronele de astăzi au penetrat numeroase piețe și țintesc către multe altele. În același timp, dezvoltarea de aplicații cu drone nu a fost niciodată mai ușoară. Pentru cei care doresc să acceadă direct într-un mediu avansat de dezvoltare de aplicații cu drone, platforma Aero de la Intel oferă o soluție gata de zbor, iar pentru cei care doresc să lucreze ei înșiși la dezvoltare, componentele integrate de la furnizori precum Infineon și Cypress pot reduce semnificativ timpii de dezvoltare și costurile.
Despre autor:
Mark Patrick s-a alăturat companiei Mouser Electronics în Iulie 2014, după ce a activat în conducerea departamentului de marketing la RS Components. Înainte de RS, Mark a petrecut 8 ani la Texas Instruments având sarcini de suport tehnic şi aplicaţii. El deţine o diplomă de masterat în Inginerie Electronică de la Coventry University.
Mouser | https://ro.mouser.com
