¡El Windshaper ha sido una herramienta invaluable en nuestra investigación para comprender mejor las interacciones entre el flujo y los drones en condiciones de viento y ráfagas!
El Laboratorio de Movimiento Inteligente de Robots de la Universidad de Princeton adquirió un Windshaper de 6x3 en 2022. Desde entonces, el equipo de investigación ha estado trabajando arduamente en el desarrollo de un método para utilizar drones para simular el comportamiento de las partículas en los flujos de viento.
Esto es lo que el candidato al doctorado Nate Simon tenía que decir sobre su trabajo con el Windshaper:
El Laboratorio de Movimiento Inteligente de Robots (IRoM Lab) de la Universidad de Princeton busca que los robots puedan generalizar de manera segura y confiable a las condiciones del mundo real. Para los drones y los robots aéreos, esto significa ser robustos ante vientos fuertes y ráfagas.
Anteriormente trabajamos en un novedoso sensor de flujo omnidireccional y un control consciente del viento basado en aprendizaje por refuerzo en ráfagas. Para estos artículos, nuestro mecanismo de generación de ráfagas en interiores consistía en 6 ventiladores de soplado - que generaban una ráfaga potente, pero no ofrecían mucho control sobre la naturaleza de la ráfaga (en el espacio o en el tiempo).
¡Necesitábamos un Windshaper! Trabajamos con Tyto Robotics para pedir y recibir nuestro Windshaper de módulo 3x6 en diciembre de 2022.
¡Desde entonces, nuestro espacio de captura de movimiento de 60 x 25 pies se ha vuelto significativamente más ventoso! En colaboración con el Grupo de Estudios Fundamentales y Aplicados en Turbulencia (FAST), caracterizamos nuestro campo de flujo del Windshaper usando anemómetros sónicos:
Recopilar estos datos de anemometría espacial a gran escala a mano era tedioso, así que creamos FlowBot: ¡un anemómetro sónico móvil y autónomo, capaz de mapear todo el campo de flujo!
Dado que FlowBot es estacionario, las mediciones son de naturaleza “Euleriana”. Sin embargo, nos encantaría entender los mecanismos de flujo desde una perspectiva “Lagrangiana” (es decir, una partícula que se mueve con el flujo). Para hacer esto, nuestros colaboradores en FAST inventaron una técnica de velocimetría Lagrangiana que rastrea pequeñas burbujas de jabón llenas de helio, de flotación neutra. Las burbujas son rastreadas con precisión en el espacio 3D usando varias cámaras DSLR y post-procesamiento de visión por computadora.
Con estas burbujas, podemos ver cómo las partículas se mueven naturalmente en el flujo de aire. ¿Qué pasaría si pudiéramos hacer que un dron hiciera lo mismo – moverse libremente como una partícula Lagrangiana? Este proyecto se conoció como “LaDrone” (Drone Lagrangiano), ¡y fue destacado en la portada de APS News!
Usando el Windshaper y el rastreo de burbujas, pudimos caracterizar con precisión cómo ¡LaDrone reacciona a las ráfagas de viento!
Extendimos LaDrone para detectar activamente y amplificar los efectos de la perturbación de la ráfaga, con la esperanza de moverse más como una partícula. Lo que encontramos fue increíble: A lo largo de cada prueba, el “controlador que acepta ráfagas” (verde) es capaz de rastrear la velocidad de la burbuja (azul) mucho más de cerca que los controladores que ignoran ráfagas (rojo) o rechazan ráfagas (morado).
En el trabajo futuro, planeamos investigar cómo el seguimiento rápido puede usarse para resonar con el flujo turbulento y extraer energía de él, permitiendo un vuelo más eficiente.
¡El Windshaper ha sido una herramienta invaluable en nuestra investigación para comprender mejor las interacciones entre el flujo y los drones en condiciones de viento y ráfagas!
Nate Simon, candidato al doctorado (Clase de 2025)
Laboratorio de Movimiento Inteligente de Robots
Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial
Universidad de Princeton
