Кіріспе
Өте кішкентай ұшқышсыз әуе кемелерінің класы. Микро әуе кемесі (MAV) немесе микро әуе кемесі – адаммен тасымалданатын миниатюралық ұшқышсыз әуе кемелерінің класы, олардың кіші мөлшері төмен биіктікте, жақын қашықтықтағы қолдау операцияларында қолдануға мүмкіндік береді. Қазіргі заманғы MAV-тар 5 сантиметрге дейін кіші болуы мүмкін (нано әуе кемесімен салыстырыңыз). Дамуы коммерциялық, ғылыми-зерттеу, мемлекеттік және әскери ұйымдармен жүзеге асырылуда; болашақта жәндік мөлшеріндегі ұшақтар күтілуде. Бұл шағын аппараттар қауіпті ортаны немесе құрлықтағы көлік құралдарына қолжетімсіз аумақтарды қашықтан бақылауға мүмкіндік береді. Хоббишілер MAV-ты әуе робототехникалық жарыстар және әуе суретке түсіру сияқты қолданулар үшін жасаған. MAV-тар автономды ұшу режимдерін ұсынуы мүмкін.
A micro air vehicle (MAV), or micro aerial vehicle, is a class of man portable miniature UAVs whose size enables them to be used in low altitude, close in support operations. Modern MAVs can be as small as 5 centimeters compare Nano Air Vehicle. Development is driven by commercial, research, government, and military organizations; with insect sized aircraft reportedly expected in the future. The small craft allow remote observation of hazardous environments or of areas inaccessible to ground vehicles. Hobbyists have designed MAVs for applications such as aerial robotics contests and aerial photography. MAVs can offer autonomous modes of flight.
Іс жүзіндегі іске асыру
2008 жылы Нидерландыдағы ТУ Делфт университеті 2005 жылы басталған DelFly жобасының үшінші нұсқасы – камерамен жабдықталған ең кішкентай орнитоптер DelFly Micro-ды жасады. Бұл нұсқаның ұзындығы 10 сантиметр, салмағы 3 грамм, ол үлгісі алынған жәндіктен сәл үлкен (және шулы). Камераның маңыздылығы DelFly көзден тыс жерде орналасқан кезде қашықтан басқару мүмкіндігінде жатыр. Алайда, бұл нұсқа әлі сыртқы ортада сынақтан өтпеген, бірақ үй ішінде жақсы жұмыс істейді. Вагенинген университетінің зерттеушісі Дэвид Лентинк, DelFly I және DelFly II модельдерін әзірлеуге қатысқан, жәндіктердің төмен энергия тұтынуымен және көптеген сенсорларымен (көздер ғана емес, гироскоптар, жел сенсорлары және тағы басқалары) мүмкіндіктерін еліктеуге кем дегенде жарты ғасыр қажет болады дейді. Оның айтуынша, дұрыс жасалған құйрығы бар орнитоптерлер жасау мүмкін. ТУ Делфт университетінің қызметкері Рик Руйсинк батарея салмағын ең үлкен проблема деп атайды; DelFly Micro-дағы литий-ионды батарея салмағының үштен бір бөлігін құрайды. Бақытымызға орай, бұл саладағы даму әлі де өте жылдам жүріп жатыр, себебі оған басқа да коммерциялық салаларда сұраныс жоғары. Руйсинк бұл аппараттардың мақсаты жәндіктердің ұшуын түсіну және оларды практикалық мақсаттарда пайдалану, мысалы, жер сілкінісінен зардап шеккендерді іздеу үшін бетон жарықтары арқылы ұшып өту немесе радиоактивті ластанған ғимараттарды зерттеу екенін айтады. Әскери және тыңшылық қызметтер де мұндай кішкентай аппараттарды тыңшылар мен барлаушылар ретінде пайдалануға мүмкіндік көреді. Гарвард университетіндегі Роберт Вуд 3 сантиметрлік орнитоптерді жасады, бірақ бұл аппарат автономды емес, себебі ол қуатын сым арқылы алады. Топ 2013 жылы бақыланатын ұшуға, ал 2016 жылы әртүрлі тіреулерге қону мен ұшып шығуға қол жеткізді (екісі де қозғалысты бақылау ортасында). T Hawk MAV, арналы желдеткішпен жабдықталған VTOL Micro UAV, АҚШ-тың Honeywell компаниясы әзірледі және 2007 жылы пайдалануға берілді. Бұл MAV АҚШ армиясы мен Әскери-теңіз күштерінің жарылғыш заттарды жою бөлімдері жол бойындағы бомбаларды іздеу және нысаналарды тексеру үшін пайдаланады. Құрылғы сонымен қатар Жапониядағы Фукусима Дайичи АЭС-інде 2011 жылғы Тохоку жер сілкінісі мен цунамиден кейін бейне және радиоактивтілік көрсеткіштерін беру үшін орналастырылды. 2008 жылдың басында Honeywell FAA-дан эксперименттік негізде ұлттық әуе кеңістігінде MAV-ты пайдалануға, оны gMAV деп белгілеуге рұқсат алды. gMAV осындай мақұлдау алған төртінші MAV болды. Honeywell gMAV көтеру үшін арналы итермелікті пайдаланады, бұл оған тік ұшып, жерге түсуге және көтерілуге мүмкіндік береді. Компанияның мәлімдемесіне сәйкес, ол "жоғары жылдамдықпен" алға қарай ұша алады, бірақ өнімділік туралы деректер жарияланбаған. Компания сонымен қатар машинаны адамның көтеріп жүруге болатынын мәлімдейді. Ол бастапқыда DARPA бағдарламасының бір бөлігі ретінде әзірленген, ал оның алғашқы қолданылуы Флорида штатының Майами-Дейд округі полиция бөлімінде болуы күтілуде. 2010 жылдың қаңтар айында Тайваньдағы Тамкан университеті (TKU) 8 грамм, ені 20 сантиметр болатын қанатты MAV-тың ұшу биіктігін автономды түрде басқаруды жүзеге асырды. ТКУ-дың MEMS (MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS) зертханасы бірнеше жыл бойы MAV-тарды жасап келді, ал 2007 жылы Ғарыш және ұшу динамикасы (SFD) зертханасы автономды ұшу MAV-тарын әзірлеу үшін ғылыми топқа қосылды. Көптеген MAV үшін тым ауыр дәстүрлі сенсорлар мен есептеу құрылғыларының орнына SFD стерео-көрнеу жүйесін жердегі станциямен біріктіріп, ұшу биіктігін басқарды, бұл 10 граммнан төмен салмақтағы алғашқы қанатты MAV-ты автономды ұшу режимінде жүзеге асырды. 2012 жылы британдық армия 16 граммдық Black Hornet Nano пилотсыз әуе көлігін Әфғанстанға жаяу әскердің операцияларын қолдау үшін орналастырды.
Іс жүзіндегі шектеулер
Қазіргі уақытта нақты MAV (яғни, шын мәнінде микроөлшемді ұшқыш аппараттар) жоқ болса да, DARPA қанатының ені 7,5 сантиметр болатын одан да кішкентай Nano Air Vehicles (NAV) әзірлеу бағдарламасын іске қосты. Алайда, DARPA-ның бастапқы бағдарлама талаптарына сай NAV-тер 2009 жылға дейін, AeroVironment компаниясы DARPA-ның қанат қағып ұшатын NAV-тің басқарылатын тік тұруын көрсеткенге дейін жасалмады. MAV-ты жасаудағы қиындықтардан бөлек, басқару мәселелерін тиімді шешетін жобалар аз. MAV-тың кішкентай өлшемі телебайланыс арқылы басқаруды қиындатады, себебі жердегі басқарушы пилот оны 100 метрден артық қашықтықта көре алмайды. Жердегі пилотқа аппаратты тұрақтандыруға және бағыттауға мүмкіндік беретін бортындағы камера алғаш рет Aerovironment Black Widow үлгісінде сынақтан өтті, бірақ шын мәнінде микроөлшемді ұшқыш аппараттар телебайланысқа қажетті қуатты хабар тарату құралдарын тасымалдай алмайды. Осы себепті, кейбір зерттеушілер толық автономды MAV ұшуына көшті. Мұндай құрылғылардың бірі – бастапқыда толық автономды MAV ретінде жобаланған, биологиялық принциптерге негізделген Entomopter, алғаш рет Роберт С. Микельсон DARPA келісімі бойынша Джорджия Технологиялық институтында жасады. MAV-тар автономды түрде басқарыла алатынын ескере отырып, маңызды сынақтар мен бағалау мәселелері әлі де күшінде. Физикалық аппараттарда кездесетін кейбір мәселелер осы модельдердің компьютерлік симуляциясы арқылы зерттеледі.
Био-илхам
MAV қауымдастығындағы жаңа үрдіс – бұл беспрецеденттік ұшу қабілеттерін жетістіру үшін ұшатын жәндіктер мен құстардан шабыт алу. Биологиялық жүйелер MAV инженерлеріне қанаттарымен қағып ұшу арқылы тұрақсыз аэродинамиканы пайдалануымен ғана қызығушылық тудырмайды; олар инженерлерді бөлінген сенсорлық қабылдау және қимыл, сенсорлық синтез және ақпаратты өңдеу сияқты басқа да салаларда шабыттандырады. АҚШ Әскери-әуе күштеріндегі соңғы зерттеулер құс сияқты қонбау механизмін әзірлеуге бағытталған. Vishwa Robotics және MIT компаниялары құс тырнақтарынан шабыттанған жердегі жылжу және қонбау механизмін жақында әзірледі, бұл зерттеуге АҚШ Әскери-әуе күштерінің ғылыми-зерттеу зейін қоры демеушілік етті. 2000 жылдан бері биологтар мен әуе робототехника мамандарын біріктіретін түрлі симпозиумдар жиі өткізіліп келеді және осы тақырыпта бірнеше кітап жарық көрді. Био-шабыттандыру бірнеше MAV жүйелерін тұрақтандыру және басқару әдістерін жобалауда да қолданылды. Зерттеушілер MAV-тардың жасанды топтарын басқару үшін балық үйірлері мен құстардың ұшу үлгілерін, ал MAV-тардың ықшам формацияларын тұрақтандыру үшін көшпенді құстар топтарындағы қағидаларды зерттеді.