Drone gebruikt wind om vliegtijden te verlengen (video)

Het Zwitserse bedrijf Elythor heeft een nieuwe drone ontwikkeld waarvan de vleugelvorm zich kan aanpassen aan de windomstandigheden en de vliegpositie, waardoor het energieverbruik van de drone wordt verminderd. Bovendien kan de positie van de vleugels veranderen, waardoor de drone verticaal of horizontaal kan vliegen.

Morpho, deels gevleugelde drone, deels quadcopter, is een hybride onbemand luchtvaartuig (UAV) dat van vorm kan veranderen afhankelijk van de uit te voeren taak. De adaptieve vleugels verlengen de vliegtijd van de drone en zorgen voor meer manoeuvreerbaarheid. In combinatie met ingebouwde sensoren en camera’s laten deze eigenschappen hem net zo goed vliegen in gesloten ruimtes als in de open lucht, waardoor hij ideaal is voor het inspecteren van energiecentrales en andere infrastructuur zoals hoogspanningslijnen, windturbines, gaspijpleidingen en offshore olieplatforms .

Staand op zijn vier poten heeft Morpho een gestroomlijnde vorm die lijkt op een kleine raket. Maar dat verandert snel zodra de rotoren beginnen te zoemen. Doordat de drone verticaal kan opstijgen, kan hij worden ingezet in kleine ruimtes, tot op enkele centimeters van een apparaat vliegen en de apparatuur inspecteren zonder er tegenaan te stoten. Zodra de inspectie is voltooid, kan Morpho zijn motoren verschuiven en in een horizontale, meer aerodynamische positie draaien en snel naar de volgende inspectielocatie vliegen. Als de drone onderweg sterke of snel veranderende winden tegenkomt, zal hij zijn vleugels naar behoefte uitzetten of samentrekken om zijn baan te behouden. Het kan ook zweven onder de juiste windomstandigheden. Dat scheelt allemaal tijd bij inspecties, maar zorgt er ook voor dat de drone langer kan vliegen. “We hebben berekend dat het gebruik van Morpho de tijd en kosten van een drone-inspectie met gemiddeld 35% kan verminderen”, zegt Harry Vourtsis, mede-oprichter en CEO van Elythor. Zodra Morpho de volgende inspectieplaats bereikt, kan hij zijn vleugels opvouwen en terugkeren naar een verticale positie om recht naar de apparatuur te vliegen.

Asymmetrische vleugelverstelling zorgt voor stabiliteit bij harde wind

“Gevleugelde drones hebben het voordeel van langere vliegtijden, terwijl quadcopters beter manoeuvreerbaar zijn”, zegt Vourtsis. “We hebben de twee gecombineerd en een adaptief vleugelsysteem toegevoegd dat de energiebehoefte van de drone nog verder vermindert.” De meeste drones met vaste vleugels voor verticale start en landing (VTOL) vormen een compromis, met vleugels die klein genoeg zijn om wrijving tijdens verticale vlucht te verminderen, maar groot genoeg om voldoende lift te bieden tijdens horizontale vlucht. Ook bij harde wind hebben VTOL-drones moeite met opstijgen en landen door hun grote oppervlak loodrecht op de wind.

Het vleugelbesturingssysteem van Morpho is het resultaat van jarenlang onderzoek bij EPFL’s Laboratory of Intelligent Systems en is beschreven in een aantal wetenschappelijke artikelen. Het systeem bevat sensoren gekoppeld aan een softwareprogramma voor het monitoren van windrichting en -snelheid. Nathan Müller, ook mede-oprichter van Elythor, legt uit: “De controller selecteert automatisch of de vleugels op hun plaats worden gehouden of dat ze vrij met de wind mee kunnen bewegen, op basis van het traject en de effectieve snelheid van de drone, samen met eventuele veranderingen in de windrichting. Het oppervlak van de vleugels kan ook symmetrisch of asymmetrisch worden aangepast, afhankelijk van de windrichting.”

De algoritmen die het besturingssysteem aandrijven, proberen niet alleen de wisselwerking tussen luchtwrijving en lift te optimaliseren, maar ook om het stroomverbruik te minimaliseren. Dit houdt in dat je profiteert van windstromen om de drone te laten glijden of dat je de vleugels asymmetrisch afstelt om de gier te regelen – of de rotatie rond zijn verticale as. Dit zorgt voor meer stabiliteit bij harde wind.

Kwantitatieve studies uitgevoerd in het EPFL-lab tonen volgens de onderzoekers aan dat Morpho aanzienlijk betere manoeuvreerbaarheid en energie-efficiëntie biedt. “Ons ontwerp kan het stroomverbruik tot 85% verminderen wanneer de drone in verticale positie vliegt”, zegt Müller. “Het verbetert ook de houding en stabiliteit van de drone aanzienlijk.” Door deze voordelen kan Morpho inspecties uitvoeren onder een breder scala aan weersomstandigheden.