Um monociclo híbrido que pode se mover no chão e voar

Veículos aéreos não tripulados (UAVs), também conhecidos como drones, podem ajudar os humanos a enfrentar uma variedade de problemas do mundo real; por exemplo, auxiliando-os durante operações militares e missões de busca e salvamento, entregando pacotes ou explorando ambientes de difícil acesso. Os projetos convencionais de UAV, no entanto, podem ter algumas deficiências que limitam seu uso em configurações específicas.

Por exemplo, alguns UAVs podem ser incapazes de pousar em terrenos irregulares ou passar por lacunas particularmente estreitas, enquanto outros podem consumir muita energia ou operar apenas por curtos períodos de tempo. Isso os torna difíceis de aplicar em missões mais complexas que exigem movimentação confiável em cenários mutáveis ​​ou desfavoráveis.

Pesquisadores da Universidade de Zhejiang desenvolveram recentemente um novo veículo não tripulado, com rodas e híbrido que pode rolar no chão e voar. Este sistema único, apresentado em artigo pré-publicado em arXivé baseado em um projeto de monociclo (ou seja, um veículo ciclístico com uma única roda) e um mecanismo de giro assistido por rotor.

“O Roller-Quadrotor é um novo quadrotor híbrido terrestre e aéreo que combina a capacidade de manobra elevada do quadrotor com a longa resistência do veículo terrestre”, escreveram Zhi Zheng, Jin Wang e seus colegas em seu artigo. “O voo é obtido por meio de uma configuração de quadrotor e quatro atuadores fornecendo impulso. O rolamento é suportado por uma estrutura de giro acionada por monociclo e assistida por rotor. Durante a locomoção terrestre, o veículo precisa superar a resistência ao rolamento e ao giro, economizando energia em comparação ao modo de vôo .”

O veículo híbrido terrestre e aéreo criado por Zheng, Wang e seus colegas é o chamado quadrotor, que é uma aeronave baseada em asas rotativas que podem pairar acima do solo e voar. Por ser baseado em uma estrutura de monociclo, ele também pode se mover no solo em vários terrenos e passar por desníveis estreitos.

“Este trabalho supera os problemas desafiadores de helicópteros em geral, reduz o consumo de energia e permite o movimento em terrenos especiais, como lacunas estreitas”, escreveram os pesquisadores em seu artigo. “Também resolve o desafio de evitar obstáculos enfrentado pelos robôs terrestres ao voar.”

Em seu artigo, Zheng, Wang e seus colegas apresentam o design de seu veículo junto com uma série de modelos e controladores que permitem que ele role, voe e faça uma transição perfeita entre esses dois modos de operação. Eles também apresentam os resultados de uma série de experimentos, onde um protótipo de seu veículo foi testado em um ambiente monitorado por câmeras e sensores de captura de movimento.

“Nós projetamos os modelos e controladores para o veículo”, escreveram Zheng, Wang e seus colegas em seu artigo. “Os resultados do experimento mostram que ele pode alternar entre a locomoção aérea e terrestre e ser capaz de passar com segurança por uma passagem estreita com metade do tamanho de seu diâmetro. Além disso, é capaz de rolar uma distância aproximadamente 3,8 vezes mais do que voar ou operar cerca de 42,2 vezes mais tempo do que voar.”

O veículo híbrido apresentado neste artigo recente poderá em breve ser testado e avaliado em uma ampla gama de ambientes, para validar ainda mais seu desempenho. Os resultados iniciais coletados por Zheng, Wang e seus colegas sugerem que o veículo poderia eventualmente ser usado para enfrentar missões complexas do mundo real que envolvem mover-se em terrenos complicados, entrar em passagens estreitas e operar por longos períodos de tempo.

Em seus próximos estudos, os pesquisadores planejam aprimorar ainda mais seu design, por exemplo, melhorando a precisão dos modelos que criaram e introduzindo algoritmos de controle mais avançados. Isso, por sua vez, pode tornar a transição do veículo dos modos de rolagem para voo mais suave, ao mesmo tempo em que melhora suas capacidades de navegação.

“Também estamos considerando otimização estrutural e redução de peso, para melhorar ainda mais o desempenho do consumo de energia”, concluíram os pesquisadores em seu artigo. “Além disso, usaremos algoritmos de planejamento para melhorar a mobilidade do veículo.”

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