Как правило, термин «воздушный робот» является синонимом «дрон», но у роботов есть много других способов не проводить время на земле. Один из самых креативных, который мы видели в последнее время, принадлежит профессору Технологического института Джорджии Джонатану Роджерсу , который работал над воздушным роботом по имени Тарзан, вдохновленным ленивцем. Машина предназначена для поворота на воздушных тросах, натянутых над полями, для наблюдения за растущими культурами. И однажды он может облететь электрические провода и в городах.
Тарзан построен из углеродного волокна, усиленного алюминием. В основании каждого плеча находится двигатель постоянного тока, и валы этих двигателей соединены друг с другом. Подшипник на соединительном валу надежно удерживает контейнер с полезной нагрузкой, а также позволяет ему висеть параллельно земле независимо от ориентации рычагов. Руки робота представляют собой захваты, напечатанные на 3D-принтере, со встроенными ИК-датчиками, которые могут обнаруживать, когда через них проходит провод, и заставляют захваты плотно смыкаться вокруг него. Tarzan настолько нов, что в нем еще нет большой полезной нагрузки, но в конечном итоге планируется включить видеокамеру с высоким разрешением, а также ИК-камеру для оценки здоровья растений и гидратации.
«Мы были заинтересованы в идее долгосрочного постоянного мониторинга окружающей среды, при котором можно контролировать и обрабатывать растения на индивидуальной основе», — сказал нам Роджерс. «Идея состоит в том, что один или несколько недорогих роботов могут быть развернуты в течение всего вегетационного периода на поле, так сказать,« живя с урожаем », обеспечивая мониторинг и обработку в режиме реального времени очень целенаправленно». Такой подход, продолжает он, позволит фермерам увеличить урожай за счет быстрого выявления неэффективных культур и более эффективного применения удобрений, пестицидов или воды.
Система, над которой работает Роджерс (вместе с командой, в которую входят доктор Ай-Пинг Ху и аспиранты Эван Дэвис и Сиаваш Фарзан), включает систему проводов, установленных на столбах над каждым рядом посевов на фермерском поле. Несколько роботов будут развернуты в начале вегетационного периода, и они будут совместно и автономно перемещаться, чтобы проверить урожай с помощью своих датчиков, потенциально распределяя пестициды или удобрения, когда и где они сочтут это необходимым. Данные постоянно отправляются обратно фермеру для анализа и принятия решений на высоком уровне, хотя в идеале система не требует от фермера каких-либо действий.
В то время как Тарзан, безусловно, будет иметь некоторую конкуренцию в области сельскохозяйственной робототехники со стороны более традиционных наземных роботов, эта концепция убедительна, особенно если Технологический институт Джорджии сможет показать, что вся система (включая всю необходимую накладную инфраструктуру) является экономически эффективной и полезной в долгосрочной перспективе. . Я представляю [ вставьте здесь подходящее собирательное существительное для ленивцев ] этих роботов, которые кружатся и время от времени распределяют немного удобрения сверху, что было бы довольно забавно наблюдать. Что касается других будущих приложений, я думаю, что это лишь вопрос времени, когда они поймут, что роботы-доставщики посылок, вращающиеся вокруг линий электропередач, определенно лучший способ.
Для получения более подробной информации мы поговорили с профессором Роджерсом по электронной почте.
IEEE Spectrum : Почему для сельскохозяйственных приложений воздушный робот более полезен, чем наземный?
Джонатан Роджерс: Чтобы не застрять в грязи и не запутаться, наземные роботы должны иметь большие колеса, но большие колеса требуют, чтобы робот был большим и увеличивал потребление энергии, а также рисковал вытаптывать сами растения. Мы хотели бы иметь возможность гарантировать, что робот не будет топтать растения, а также не застрянет и не запутается. Это очень сложно сделать с наземными роботами.
Какие преимущества у Тарзана перед более традиционной, менее динамичной системой мобильности на основе кабеля? Например, система с тросовым приводом, в которой используются лебедки для позиционирования сенсорной системы в трехмерном пространстве, или робот, который может перемещаться по подвешенным тросам с колесами, как кресельный подъемник?
Мы рассмотрели кабельные системы, подобные тем, которые используются на ESPN для спортивных игр. Эти системы охватывают только футбольное поле, которое намного меньше типичного фермерского поля. При масштабировании этих систем кабели становятся очень тяжелыми, а необходимые двигатели — огромными. Это были бы большие капиталовложения и очень сложно установить. Сравните это с небольшими рулонами проволоки и столбами (их можно купить в хозяйственном магазине), необходимыми для настройки нашей системы.
Мы также рассматривали робота на колесах или установку кресельного типа. Проблема в том, что такая система может двигаться только в одномерном пространстве, т. Е. Может двигаться только по одному проводу. Наш робот может двигаться как по одному проводу, так и между проводами. Таким образом, если над каждым рядком растянуты параллельные провода, наш робот сможет покрыть все необходимое 2D пространство. Потенциально, мы можем модифицировать нашего робота так, чтобы он использовал колеса для перемещения по одному проводу, но затем мог качаться, чтобы перемещаться между проводами. Мы думали об этом.
Сможет ли робот использовать свои конечности для манипуляций?
Это одна из возможностей. Поскольку робот может качаться вниз, он потенциально может использовать свободную руку, чтобы хватать вещи (например, собирать овощи и складывать их в корзину, которую он несет с собой). Здесь есть множество возможностей, о многих из которых мы еще не думали.
Какие еще приложения вы можете себе представить для такой системы?
Еще одно хорошее приложение — проверка линии электропередачи. Мы также думали об использовании этих систем в городских условиях для передвижения по телефонным или силовым проводам, обеспечивая настраиваемые датчики наблюдения, мониторинг качества воздуха или даже настраиваемые светофоры.
Над чем ты работаешь дальше?
Мы разрабатываем робота второго поколения, который может качаться как вдоль кабелей, так и между ними. У следующего прототипа робота будут «запястья», которые позволят нам поворачивать руки на 90 градусов. Это сделано для того, чтобы робот мог отпустить одну руку, упасть в положение покоя, повернуться и повернуться назад, чтобы зацепиться за другой кабель. Мы ожидаем, что он будет готов в течение примерно четырех месяцев. В то же время этим летом мы собираемся развернуть робота в исследовательском центре по соевым бобам в Университете Джорджии, чтобы он мог поворачиваться и проводить измерения на открытом воздухе. Это будет важным шагом на пути к превращению робота из лаборатории в настоящую сельскохозяйственную среду.