Мікродрон із «вусами» орієнтується в темряві, використовуючи лише 34 КБ пам’яті

Камера, лідар і GPS не завжди допомагають невеликому дрону. Дим, пил, повна темрява, прозоре скло або тісний коридор можуть зробити звичайні сенсори ненадійними. Команда дослідників із Делфтського технічного університету запропонувала інший підхід: оснащувати мікродрони гнучкими штучними «вусами», які дозволяють торкатися поверхонь, оцінювати відстань до них і рухатися вздовж стіни. Результати опубліковані у відкритій статті Nature Communications.

Експериментальна платформа побудована на Crazyflie 2.1 Brushless. Загальна маса обладнаного апарата становить 44,1 грама, а два тактильні модулі додають приблизно 3,2 грама. Кожен «вус» виготовлений із нітинолового дроту діаметром 0,4 мм і довжиною 200 мм. Біля основи розташовано три барометричні датчики BMP390: згинання дроту змінює тиск усередині вузла, а електроніка перетворює ці зміни на оцінку точки та глибини контакту.

Це складніше за звичайний механічний бампер, який лише повідомляє про зіткнення. Алгоритм визначає, наскільки далеко поверхня торкнулася вздовж «вуса», відокремлює корисний сигнал від вібрацій пропелерів, температурного дрейфу та післядії матеріалу. Оцінку поєднують із моделлю руху дрона за допомогою фільтра Калмана. У результаті апарат отримує безперервний тактильний орієнтир і може коригувати курс ще до того, як корпус вріжеться в перешкоду.

Особливо вражає обчислювальна економність. Уся система сприйняття, прийняття рішень і керування працює на бортовому STM32F405 із 192 КБ оперативної пам’яті, а власне алгоритми тактильної навігації займають приблизно 34 КБ. Обмін із модулями відбувається з частотою 50 Гц. Зовнішній комп’ютер або система позиціювання для виконання експериментів не потрібні, тому метод потенційно придатний для автономної роботи там, де зв’язок нестабільний.

Під час випробувань дрон рухався вздовж жорстких і м’яких поверхонь у повній темряві, обходив прозорі перешкоди та створював тактильне уявлення про замкнений простір. Дослідники підібрали кут встановлення вусів 45 градусів: він дав найкращий баланс між стабільністю контакту та дальністю відчуття. Конфігурації з меншим кутом частіше провокували небезпечне відхилення за курсом, тоді як надмірний кут скорочував корисний винос датчика вперед.

Метод поки має обмеження. За тривалого ковзання поверхнею накопичується дрейф, а кожен виготовлений модуль потребує короткого калібрування через відмінності барометрів і механіки. У дослідженні процедура займала близько 15–20 хвилин та вимагала кількох контрольованих проходів. Час польоту повністю оснащеної платформи становив приблизно сім хвилин, що також звужує реальні сценарії.

Найочевидніші застосування — пошук людей у задимлених будівлях, огляд труб, печер і технічних порожнин, де камера бачить погано, а важкий лідар неможливо встановити. «Вуса» не замінюють зір у відкритому просторі, проте можуть стати резервним каналом сприйняття. Головний результат роботи полягає в тому, що складна автономна поведінка можлива навіть на дешевому мікроконтролері та з сенсорами, які важать лише кілька грамів.