För att skydda flygande robotar utan att hindra deras flygning, Imperialistiska experter hittade svar i den antika konsten att origami.

Med inspiration från den antika konsten att vika papper, forskare vid Imperial College Londons Aerial Robotics Lab har utrustat drönare med lätta, stötdämpande dämpning för att skydda dem från stötar och repor.

Deras forskning, publiceras i Vetenskapsrobotik , visar hur drönare utrustade med Rotary Origami Protective System (Rotorigami) drar på sig mindre kraft och skada under en kollision, och kan därmed fortsätta flyga efter kollisioner med hinder.

Huvudförfattare Dr. Pooya Sareh, som ledde forskningen vid Imperial's Department of Aeronautics och nu leder Creative Design Engineering Lab vid University of Liverpool, sa:"Med ett origami-inspirerat skyddsskikt, vi har byggt ett sätt att låta flygande miniatyrrobotar navigera i trånga eller röriga utrymmen säkert och effektivt."

Vikning under press?

Dr Sareh och kollegor vek en tunn, lättviktsark av plast till en ättling av Miura-ori-vikningen – ett enkelt origamimönster som är särskilt lämpligt för tekniska applikationer.

De byggde skyddsstrukturen runt en roterande inre ram (bilden ovan). Denna ena struktur skyddade alla propellrar på en gång från sidokollisioner, och hjälpte till att hålla fordonet i luften under och efter kollisionen.

Forskarna testade och jämförde effektiviteten hos Rotorigami-utrustade drönare med befintliga konstruktioner. De fann att den skyddande strukturen hjälpte till att minska kraften från en stöt, och hjälpte till att hålla drönaren från att snurra okontrollerat efter kollisionen. håll drönaren upprätt efteråt.

Dr. Sareh sa:"Vi har framgångsrikt gjort en lättviktare, stötdämpande, roterande stötfångare för drönare som gör dem mer motståndskraftiga mot krascher."

Undvika olyckor

Även om drönare är utrustade med programvara för upptäckt och undvikande av hinder, de misslyckas ofta med att undvika hinder som är mindre lätta att upptäcka som fönster och kablar. Stötfångarutrustningen skyddar därför drönaren från alla krascher som inträffar.

Projektets huvudutredare Dr Mirko Kovac, Direktör för Aerial Robotics Laboratory vid Imperial i Department of Aeronautics, sa:"Många insekter, som flugor eller bin, använda en kombination av tekniker för att undvika stötar och stöttålighet. De förlitar sig till stor del på kollisionsavkänning-och-undviksystem – men de har också skyddsstrukturer om en kollision skulle inträffa. Vi tillämpade just detta koncept på vårt arbete här."

Dr. Kovac tillade:"Jag tror att framtida flygfordon kommer att kombinera teknik för att undvika krockar med ny säkerhets- och slagtålighetshårdvara som använder nya material och strukturer."

Nästa, teamet kommer att titta på hur man kan minska skador från toppen och botten av drönare. Dr. Sareh sa:"Vi har tagit itu med sidokollisioner - nu måste vi titta på hur vi skyddar drönare från ovan och under."

Dr. Kovac tillade:"Detta är ett bra exempel på en ny generation av "mjuka flygrobotar" som kan navigera i hinder säkert och effektivt."

I framtiden, de vill använda sin origami-stötfångardesign på större drönare som navigerar i regnskogar, eller sådana med tunga belastningar som blodtillförsel för transfusioner – även om de noterar att användningen av helt autonoma drönare i oövervakad drift är långt borta.

Arbetet som presenteras i detta dokument finansierades av UK Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC)

"Rotorigami:Ett roterande origamiskyddssystem för robotrotorcraft" av Pooya Sareh, Pisak Chermprayong, Marc Emmanuelli, Haris Nadeem och Mirko Kovac, publicerad 26 september 2018 i Vetenskapsrobotik .