«WindShaper став безцінним інструментом для дослідження взаємодії потоку й дронів за вітру та поривів!»
Лабораторія інтелектуального руху роботів Принстонського університету придбала WindShaper 6×3 у 2022 році. Відтоді команда розробляє спосіб використання дронів для відтворення поведінки частинок у повітряних потоках.
Ось що розповів аспірант Нейт Саймон про роботу з WindShaper:
Лабораторія IRoM Принстонського університету прагне навчити роботів безпечно й надійно пристосовуватися до реальних умов. Для дронів це означає стійкість до сильного вітру та поривів.
Раніше ми працювали над новим всенапрямленим датчиком потоку й керуванням із урахуванням вітру на основі навчання з підкріпленням. Для цих робіт пориви в приміщенні створювали шість вентиляторів. Порив був потужний, але його просторові й часові властивості майже не піддавалися контролю.
Нам був потрібен WindShaper! Ми замовили систему з 3×6 модулів у Tyto Robotics і отримали її в грудні 2022 року.
Відтоді в нашій зоні захоплення руху розміром 60×25 футів стало значно вітряніше! Разом із групою фундаментальних і прикладних досліджень турбулентності FAST ми виміряли поле потоку WindShaper ультразвуковими анемометрами.
Збирати масштабні просторові дані вручну було виснажливо, тому ми створили FlowBot — мобільний автономний ультразвуковий анемометр, здатний картографувати все поле потоку.
Коли FlowBot нерухомий, вимірювання мають ейлерів характер. Але ми хотіли зрозуміти потік із лагранжевої точки зору — частинки, що рухається разом із ним. Колеги FAST створили метод лагранжевої велосиметрії, який відстежує крихітні мильні бульбашки з гелієм і нейтральною плавучістю. Їхній тривимірний рух точно визначають кількома дзеркальними камерами й подальшим комп’ютерним аналізом зображень.
Бульбашки показують природний рух частинок у потоці. А що, як дрон міг би так само вільно рухатися як лагранжева частинка? Так виник проєкт LaDrone — Lagrangian Drone, який потрапив на першу сторінку APS News.
Завдяки WindShaper і відстеженню бульбашок ми точно визначили реакцію LaDrone на пориви.
Ми доповнили LaDrone активним вимірюванням і підсиленням впливу поривів, щоб він більше нагадував частинку. Результат виявився вражаючим: у кожному досліді контролер, який «приймає пориви» (зелений), значно точніше відтворював швидкість бульбашок (синій), ніж контролери, що ігнорують (червоний) або відхиляють пориви (фіолетовий).
У подальших роботах плануємо дослідити, як швидке відстеження дає змогу резонувати з турбулентним потоком і отримувати з нього енергію для ефективнішого польоту.
WindShaper став безцінним інструментом для кращого розуміння взаємодії потоку й дронів за вітру та поривів!
Нейт Саймон, аспірант (випуск 2025 року)
Лабораторія інтелектуального руху роботів
Кафедра механічної та аерокосмічної інженерії
Принстонський університет
