Uimitoarele aparate de zbor ale viitorului

Când auziţi cuvântul „dronă”, vă gândiţi probabil ori la ceva foarte folositor ori la ceva foarte înspăimântător. Dar pot oare ele să aibă valoare estetică? Expertul în sisteme autonome Raffaello D’Andrea crează aparate zburătoare, iar cele mai noi proiecte ale sale forţează limitele zborului autonom – de la o aripă zburătoare ce poate pluti şi se redresează în urma perturbaţiilor până la un aparat cu opt elice, care se orientează ambivalent, la un roi de micro-quadcoptere coordonate. Pregătiţi-vă să fiţi uimiţi de o matrice de maşini zburătoare uimitoare, care se învârtesc şi dansează deasupra scenei.

Ce începuse ca un hobby al unora, e gata să devină o industrie de miliarde de dolari. Inspectarea, monitorizarea mediului, fotografia și filmul, jurnalismul, sunt câteva aplicații potențiale ale dronelor comerciale, devenite fezabile datorită dezvoltării capacităţilor lor în centre de cercetare din întreaga lume.

De exemplu, înainte ca livrarea aeriană a coletelor să intre în conștiința noastră socială, o flotă autonomă de aparate zburătoare a construit un turn înalt de 6 m compus din 1.500 de cărămizi, în faţa spectatorilor de la centrul FRAC din Franța, iar cu ceva ani în urmă, au început zborul cu funii. Cu dronele care țes, se pot atinge viteze şi acceleraţii mari în spaţii foarte înguste. De asemenea, ele pot construi autonom structuri elastice. Au învățat să transporte încărcături, să facă față perturbaţiilor și, în general, cum să interacţioneze cu lumea reală.

Azi vrem să vă arătăm câteva proiecte noi la care lucrăm. Scopul lor e să forțeze limitele a ce se poate realiza prin zborul autonom.

Pentru ca un sistem să funcționeze autonom, trebuie ca ansamblul să ştie poziția în spațiu a obiectelor sale mobile. La ETH, laboratorul nostru din Zurich, folosim des camere video ca să localizăm obiecte, ceea ce ne permite apoi să ne concentrăm pe crearea rapidă a sarcinilor foarte dinamice. Totuși, pentru prezentarea de azi, vom folosi tehnologia nouă de localizare dezvoltată de Verity Studios, subsidiara laboratorului nostru. Nu au camere video externe. Fiecare aparat de zbor are senzori cu care-și determină localizarea în spațiu și procesoare care-i determină acțiunile. Singurele comenzi externe sunt de nivel înalt, ca: „decolează” și „aterizează”.

Ăsta e un tail-sitter (stă în coadă – n.tr) E o aeronavă ce incearcă să împace și capra și varza. Ca orice aeronavă cu aripi fixe, e eficient când zboară înainte, mult mai eficient decât aparatele de genul elicopterelor. În plus față de mai toate aeronavele cu aripă fixă, el poate staționa în aer, cu avantaje imense la decolare, aterizare și adaptabilitate. Din păcate, există și un preț. O limitare a tail-sitter-elor e că sunt senisbile la perturbări de genul rafalele de vânt. Dezvoltăm noi arhitecturi și algoritmi de control pentru remedierea problemei. Ideea e ca aeronava să-și revină indiferent de poziția în care se găsește și prin antrenament, în timp să-și îmbunătăţească performanța.

În timpul cercetării, ne punem des întrebări fundamentale, abstracte, ca să ajungem la miezul unei probleme. De exemplu, o astfel de întrebare ar fi: care e numarul minim de componente mobile necesare zborului controlat? Există motive practice pentru care ai vrea să afli răspunsul la asta. Elicopterele, de exemplu, sunt cunoscute ca aparate cu o mie de părți mobile, toate conspirând să te rănească. În urmă cu decenii, piloți pricepuți puteau manevra aeronave telecomandate care aveau doar 2 părți mobile: o elice și un profundor. Am descoperit recent că se poate și cu o singură piesă mobilă.

Acesta e un monospinner, aparatul de zbor cu cea mai simplă mecanică din lume, inventat cu doar câteva luni în urmă. Are doar o parte mobilă: elicea. Nu are flapsuri, balamale, eleroane, actuatoare sau alte suprafețe de control, doar o simplă elice. Deși e simplu din punct de vedere mecanic, se petrec multe lucruri în creierașul său electronic ca să-i permită un zbor stabil și să se miște oriunde în spațiu. Cu toate acestea, nu are algoritmii sofisticați ai tail-sitter-ului, de aceea, pentru a-l face să zboare, trebuie să-l lansez perfect. Pentru că probabilitatea ca eu să-l lansez perfect e foarte mică, având în vedere că mă priviți toți, vom face altceva: o să vă arătăm un clip filmat aseară.

Dacă monospinner-ul e un exercițiu de austeritate, acest parat, omnicopterul. cu cele opt elice ale sale, e un exercițiu al excesului. Ce poți face cu tot acest surplus? Trebuie remarcată înalta sa simetrie. Datorită ei, e ambivalent în privința orientării. Asta îi conferă o calitate extraordinară. Se poate mișca oriunde dorește în spațiu indiferent cum e orientat și chiar de modul în care se rotește. Are și unele probleme, în special legate de interacțiunile curenților de aer generați de cele 8 elice. Unele pot fi rezolvate din proiect, iar celelalte pot fi învățate din zbor. Să aruncăm o privire.

Dacă aparatele de zbor vor intra în viața noastră cotidiană, vor trebui să devină extrem de sigure și fiabile. Acest aparat e compus de fapt din două aeronave separate, cu câte două elice. Acesta vrea să se-nvârtă într-un sens, iar acesta vrea să se-nvârtă invers. Când le cuplăm, se comportă ca un quadrocopter foarte performant. Totuși, dacă ceva nu merge bine – cedează motorul, elicea, părțile elctronice sau chiar bateria – aparatul tot poate zbura, deși într-un mod alterat. Vom demonstra acest lucru acum, dezactivând una din jumătățile sale.

Această ultimă demonstrație e explorare a roiurilor sintetice. Numărul mare de entități autonome, coordonate, oferă noi mijloace exprimării estetice. Am folosit micro quadcoptere disponibile pe piață, fiecare cântărind mai puțin decât o felie de pâine, le-am înzestrat cu tehnologia noastră de localizare și cu algoritmi personalizați. Pentru că fiecare își știe poziția spațiu și se auto-coordonează, în roi, numărul lor poate fi oricât de mare.

Să sperăm că aceste demonstrații vă vor motiva să vă imaginați noi roluri revoluționare, pentru aparatele de zbor. Acest model ultrastabil, de exemplu, aspiră să devină un abajur zburător pe Broadway.

Realitatea e că e greu să prezici impactul tehnologiei abia născute. Pentru unii ca noi, adevărata recompensă e călătoria și actul creației. E un memento continuu despre cât de minunat și magic e universul în care trăim, care permite ființelor creative, inteligente să-l modeleze în moduri atât de spectaculoase. Faptul că această tehnologie are un potențial economic și comercial atât de mare, e doar cireașa de pe tort.