이 드론은 날고, 뜨고, 구르며 돌아다닐 수 있습니다.

이 기사는 IEEE Xplore와 파트너십을 맺은 독점적인 IEEE Journal Watch 시리즈의 일부입니다.

하나의 자율 로봇이 비행하고, 다른 로봇은 육지에서 운전하고, 또 다른 자율 로봇은 물에서 항해하는 대신, 새로운 하이브리드 드론은 세 가지 모두를 수행할 수 있습니다. 복잡한 임무를 수행하기 위해 과학자들은 단순히 비행하는 것 이상의 일을 할 수 있는 드론을 점점 더 실험하고 있습니다.

육지, 공중, 바다를 항해할 수 있는 드론에 대한 아이디어는 뉴욕 대학교 아부다비 산하 아라비아 기후 및 환경 과학 센터(ACCESS)의 연구원들이 "잠재적으로 멀리 떨어진 곳으로 날아가서 샘플링할 수 있는 드론을 원한다"고 언급하면서 나왔습니다. NYU 아부다비의 박사과정 연구원인 연구 주저자 Dimitrios Chaikalis는 말합니다.

환경 연구는 종종 "접근하기 어려운 지역의 샘플 수집에 의존합니다"라고 Chaikalis는 말합니다. "비행 차량은 이러한 지역으로 쉽게 이동할 수 있으며, 물 위에 착륙하고 표면을 탐색할 수 있으므로 기지로 돌아오기 전에 최소한의 에너지 소비로 오랜 시간 동안 샘플링이 가능합니다."

새로운 자율주행차는 비행을 위한 3쌍의 로터, 육지에서 돌아다닐 수 있는 3개의 바퀴, 물 위에서 이동하는 데 도움이 되는 2개의 추진기를 갖춘 트라이콥터입니다. 고무 바퀴는 메인 휠 프레임 본체 주위에 직접 3D 프린팅되어 물에 노출된 후 녹이 슬 위험이 있는 금속 나사와 볼 베어링이 필요하지 않습니다. 드론 규정을 준수하기 위해 전체 기계의 무게는 10kg 미만입니다.

부력이 있는 기계로 절단된 스티로폼 본체는 로터를 고정하는 기계 상단과 바퀴와 추진기를 고정하는 하단 사이에 배치되었습니다. 이 부양 장치는 물 속에서 기계의 선체 역할을 했으며, 로터의 공기 흐름을 위한 공간을 남겨두기 위해 개미 자리 모양이었습니다.

"그 결과 차량은 공기, 물, 지상 ​​등 사용 가능한 모든 매체를 횡단할 수 있습니다. 즉, 점점 더 커지는 어려움과 장애물을 극복할 수 있는 자율 차량을 배치할 수 있다는 의미입니다."라고 Chaikalis는 말합니다.

드론에는 두 개의 오픈 소스 PX4 자동 조종 시스템이 있습니다. 하나는 공중용이고 다른 하나는 육지와 해상 모두 탐색용입니다. “항공 항법은 지상이나 수면 항법과 크게 다르며 실제로 서로 많은 유사점이 있습니다.”라고 Chaikalis는 말합니다. "그래서 우리는 동일한 자동 조종 장치로 작동하도록 지상 및 수면 탐색을 설계했으며 각 경우에 모터 출력만 변경했습니다."

Intel NUC 컴퓨터가 명령 모듈 역할을 했습니다. 컴퓨터는 필요에 따라 두 개의 자동 조종 장치 사이를 전환할 수 있을 뿐만 아니라 무선 송수신기 및 GPS와 인터페이스할 수도 있습니다. 이 모든 전자 장치는 방수 플라스틱 케이스 안에 안전하게 보관되었습니다.

“물론 지상 차량 바퀴용 방수 모터도 있어야 합니다. 왜냐하면 물 위에 있을 때 바퀴가 완전히 물에 잠기기 때문입니다.”라고 Chaikalis는 말합니다. "이러한 모터는 상업용 자동 조종 장치와 인터페이스하기가 어려웠기 때문에 결국 이러한 통신을 인터페이스하기 위한 맞춤형 하드웨어와 펌웨어도 설계하게 되었습니다."

드론은 무선 조종으로 작동하거나 사전 프로그래밍된 임무에 따라 자율적으로 작동할 수 있습니다. 리튬 폴리머 배터리를 사용하면 18분의 비행 시간을 제공합니다.

실험에서 스티로폼 선체는 떠 있는 동안 물을 흡수하여 30분 이내에 무게가 20% 증가했습니다. 스티로폼은 비록 느리기는 하지만 비행 중에 이 물을 방출했으며, 100분 후에 체중이 20% 감소했습니다. 과학자들은 자동 조종 장치 설계에서 이러한 상당한 무게 변화를 고려해야 한다고 지적합니다. 그렇지 않으면 전체 무게가 영구적으로 증가하더라도 방수 코팅을 추가할 수 있습니다.

또한 "물 튀김과 가벼운 침수에 대한 방수 기능은 있지만 아직 완전히 잠수할 수 있는 설계는 아니므로 부양 장치의 고장이 잠재적으로 재앙이 될 수 있음을 의미합니다."라고 Chaikalis는 말합니다.

앞으로 연구원들은 선체를 최적화하여 복잡한 기동을 견딜 수 있을 만큼 튼튼하게 만들고 비행 중 공기 저항을 최소화할 수 있다고 지적합니다. 그들은 또한 드론을 완전히 모듈식으로 만들어서 모듈을 부착하거나 분리하여 기능을 쉽게 변경할 수 있기를 원합니다.