Deze ‘sprinkhaandrone’ verslaat de zwaartekracht en bespaart energie
Een team onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison heeft een innovatieve drone ontwikkeld die niet alleen kan vliegen, maar ook kan springen als een sprinkhaan. Het apparaat, genaamd PogoX, combineert een quadcopter met een springveermechanisme. Deze combinatie maakt het mogelijk om zware lasten te vervoeren en energie te besparen door op de grond te bewegen wanneer vliegen niet noodzakelijk of haalbaar is.
De uitdaging van zware lasten en energie-efficiëntie
Traditionele drones kampen vaak met beperkingen in energieverbruik en het vermogen om zware lasten te dragen. Wanneer de stuwkracht van de propellers lager is dan het gewicht van de drone en zijn lading (thrust-to-weight ratio, TWR < 1), is vliegen niet langer mogelijk.
Het team van PogoX vond een oplossing door een geveerde poot toe te voegen, waardoor de drone kan springen en energie kan opslaan in de veer voor hergebruik. Hierdoor wordt minder energie verbruikt dan bij constant vliegen.
Ontwerp en technologie
PogoX bestaat uit een standaard quadcopterframe, uitgerust met lichtgewicht 3D-geprinte componenten en een aluminium poot met een veer. Deze veer heeft een stijfheid van 4848 N/m en kan verticale energie opslaan en teruggeven.
Elektronica zoals sensoren, een Pixhawk-controller en een geïntegreerde LiDAR zorgen ervoor dat de drone autonoom kan navigeren en zijn hoogte en snelheid kan reguleren. Voor energievoorziening gebruikt PogoX krachtige LiPo-accu’s die het gehele systeem ondersteunen.
Controlemechanismen: stabiliteit en precisie
De besturing van de PogoX maakt gebruik van geavanceerde technieken om zowel verticale als horizontale bewegingen te reguleren. Met behulp van een speciaal voor dit doel ontwikkelde controller stabiliseert de drone zijn energieverbruik in de verticale richting, terwijl een “Spring-Loaded Inverted Pendulum”-model wordt ingezet voor horizontale snelheidscontrole.
Deze aanpak zorgt voor robuuste sprongbewegingen die de drone in staat stellen om zowel op vlakke als oneffen terreinen te opereren.
Resultaten: minder energieverbruik
Uit simulaties en experimentele tests blijkt dat de PogoX aanzienlijk minder energie verbruikt bij het springen in vergelijking met vliegen. Vooral bij een lage thrust-to-weight ratio is hoppend voortbewegen veel efficiënter. In tests kon de drone niet alleen stabiel springen, maar ook reageren op onverwachte stoten en veranderingen in het terrein.
Met deze innovatieve combinatie van vliegen en springen heeft PogoX de potentie om de mogelijkheden van drones uit te breiden, vooral in scenario’s waar energie-efficiëntie en zware lasten een rol spelen. De volgende stap voor de onderzoekers is om de drone in de buitenlucht te testen en zijn navigatiecapaciteiten in complexe omgevingen verder te verbeteren.
