`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Андрей Зубинский

Летающие вычислители, или об отличиях IT 2.0 от того, что было

+99
голосов

«Рассекреченная» Google программа создания флота собственных дронов (они же UAV, Unmanned Aerial Vehicle, они же БПЛА – Беспилотные Летательные Аппараты, последней аббревиатурой я бы не советовал пользоваться, потому что в насквозь милитаризированном русскоязычном информационном поле БПЛА содержит исключительно военные коннотации), длившаяся почти 2 года, принципиальная позиция Amazon в отношении того же («не получится сходу в США, развернём сеть доставки дронами в Индии»), бурная активность производителей и потребителей UAV в самых разных отраслях, в первую очередь в сельском хозяйстве, вынуждают признать нечто новое, но очевидное. Робототехника, по ряду причин бурно развивающаяся именно в нише «летающих роботов», становится уже не «сектором IT», а именно что свежей кровью обновления информационных технологий. Хотя бы потому, что UAV новой, коммерческой волны, по сути являются очень интересными вычислителями, способными летать. Без IT-составляющей летать они принципиально не способны.

О военных коннотациях сделаю короткое отступление, и предоставлю слово «американской военщине» (это важно, потому что беспилотных аппаратов существовало и существует в достатке):

Летающие вычислители, или об отличиях IT 2.0 от того, что было

 
Теперь вернёмся к фразе «без IT-составляющей UAV летать принципиально не способны», похоже, придётся усилить, а потом и детально пояснить. Дело в том, что наиболее распространённые конструкции малых дронов фактически представляют собой прямые преобразователи энергии батарей и информации в перемещения полётом. Именно что «прямые преобразователи», то есть такие, в которых всё прочее – нефундаментально. Вот классический представитель большого класса подобных конструкций, дрон доставки Amazon:

Летающие вычислители, или об отличиях IT 2.0 от того, что было
 
Он относится к классу многовинтовых UAV (где «много» - больше двух, класс широкодиапазонный – от трёхвинтовых трикоптеров, до N-винтовых, модель PrimeAir, в частности, - классический октакоптер).  Из фотографии видно, что конструкция фундаментально примитивна – четыре балки с двигателями на концах, на валу каждого двигателя без всякой вычурной механики – воздушный винт (по сути, единственная «авиационная деталь»). Всё. Если попробовать «запустить» этот аппарат без его IT-начинки, не получится ровным счётом ничего. Без непрерывной в реальном времени обработки собственных информационных потоков такие машины летать не могут (разве что их можно метать на дальность, как любую железку). А «не-IT» составляющая в них, как вы видите, минимальна, и соответствует детской наивности высказывания кого-то из авиаконструкторов дремучего прошлого (вроде как Поликарпова): «если к шкафу привязать мотор соответствующей мощности, шкаф полетит».

Не буду затрагивать класса UAV, вполне рационально выбранного Google (разве что позже попробую объяснить рациональность выбора) и собирательно называемого «tail-sitter» (википедия подскажет о таких летательных аппаратах), пока только скажу, что и «tail-sitter»’ы – де-факто почти «прямые преобразователи» энергии и информации в полёт. Но попытаюсь немного рассказать о том, как, что и во что преобразуют «N-коптеры», а также о той грани, за которой начинаются отличия «IT 1.0» от «IT 2.0» (это условные термины, конечно же).

Для простоты поговорим о классическом квадрокоптере. Я бы всего этого не писал, если бы русскоязычную википедию не составляли те, кто её составляют, то есть, одинаково плохо владеющие что предметом, что русским языком. Потому что статья «мультикоптер» в ней – образчик как не надо делать вообще, а также наглядная агитация для чего надо учить английский язык.

Квадрокоптер (в английском – quadcopter или quadrotor) – четырёхвинтовой совсем не вертолёт (именно что «совсем не», а не «не совсем», извините за вынужденную игру слов). Кому интересна история квадрокоптеров – советую обратиться к наследию французского конструктора Этьена Эдмонда Эмишена (Étienne Œhmichen, к сожалению, точно передать первый звук фамилии крайне трудно), квадрокоптер которого в апреле 1914 года пролетел рекордные (и зафиксированные официально) 360 метров. Потом, в начале 1920х, за мультикоптеры «взялись» американцы (сам себя называвший Жоржем де Ботезатом уроженец Бессарабии, учившийся в Харьковском политехническом и Университете Парижа, потомками именуемый Георгием Александровичем), для нужд армии. Но дольше двух с половиной минут шестивинтовой (гексакоптер) аппарат Ботезата летать не мог (хотя принципиально – летал).

Если говорить нетехническим языком, квадрокоптер – это любая конструкция, которая при взгляде сверху видится как расположенные в углах условного квадрата (или прямоугольника) четыре двигателя с создающими подъёмную силу винтами, установленными без всякой дополнительной механики прямо на осях двигателей (есть в этом лучшем из миров квадракоптеры с техническими извращениями, мы их рассматривать не будем, это для любителей занятие). Этого утверждения достаточно для пояснения почему «совсем не вертолёт». Вертолёты фундаментально основаны на очень точной и изнашивающейся механике – механизме (автомате) перекоса, позволяющем изменять «наклон» лопастей вращающегося с высокой частотой винта. В инженерии есть безукоризненно работающее правило «экономической механики» – с линейным ростом точности большого выдерживающего высокие нагрузки механизма, стоимость его производства растёт исключительно нелинейно и с несоизмеримо бОльшей скоростью (экспоненциально или в степенной зависимости, это уже зависит от технологических процессов). Прецизионные подшипники и шестерёнки, валы со сверхмалыми биениями, хитрые системы смазки, сами лубриканты, способные работать при очень высоких температурах и больших перепадах температур, всё это в совокупности ведёт к совершенно дикой (для массовых рынков) себестоимости и стоимости конечного изделия. И всё это изнашивается. Для примера – только частично видимый наружный фрагмент механизма перекоса вертолёта Ка-26:

Летающие вычислители, или об отличиях IT 2.0 от того, что было
 
В электро-квадракоптере ничего этого нет. Всё, чем можно управлять в нём – частотой вращения двигателей (и, соответственно, винтов). И это управление сугубо электронное, без всякой механики. Для увеличения надёжности двигатели обычно используются бесколлекторные, т.е. такие, у которых нет обеспечивающих электрический контакт трущихся деталей (никаких щёток etc). Расплата за повышение надёжности – усложнённые системы управления такими двигателями, но в 2014 году это уже если не тривиальная, то классическая инженерная (далеко не простая, если надо управлять действительно хорошо, но и не совсем научная) задача.

Остаётся ещё буквально один абзац о «некомпьютерной составляющей» мультикоптеров. Так как речь не идёт о детальном описании, только самые общие слова о принципе «летания» этих механизмов. Вариантов «принципа летания» для классического квадрокоптера немного, все они отображаются компактным набором схем:

Летающие вычислители, или об отличиях IT 2.0 от того, что было

 
Из этой схемы видно, как всегда вращаются винты квадракоптера – «попарно-противоположно» (это фундаментально, чтобы стабилизировать полёт). Основные варианты «полёта» - набор высоты и снижение (без маневров в других плоскостях) отображены фрагментами (с) и (g) в «зелёном блоке»: частота вращения всех двигателей одновременно или увеличивается (набор высоты), или уменьшается (снижение). Повороты вокруг вертикальной оси (перпендикулярной к плоскости условного изображения квадрокоптера на рисунке, «красный блок») отображаются фрагментами (а) и (b): для поворота по часовой стрелке частота вращения двух двигателей (1 и 3) одновременно снижается, против часовой стрелки – одновременно увеличивается. Угол наклона относительно оси, определённой положением двигателей 2 и 4, может изменяться разными частотами вращения двигателей 1 и 3 («синий блок», фрагменты (е) и (f)). И, наконец, угол наклона относительно оси, определённой положением двигателей 1 и 3 («оранжевый блок») – разные частоты вращения двигателей 2 и 4.
Ввиду симметрии конструкции квадрокоптера не были использованы специальные и общепризнанные термины для этих «вариантов полёта», но всё же: «красный блок» – yaw, «синий блок» - pitch, «оранжевый блок» – roll.

Комбинациями скоростей вращения четырёх двигателей можно сформировать очень сложные «варианты полёта», но сразу следует сказать об очевидном и фундаментальном – лететь горизонтально квадрокоптер (и все мультикоптеры с неподвижными двигателями) может только если в распределении частот вращения двигателей есть составляющие из синего или оранжевого блока. А это означает, что лучше всего мультикоптеры с неподвижными двигателями летают вверх-вниз, горизонтальный полёт для них далеко не лучший в смысле энергоэффективности.

Осталось самое очевидное. Если бы квадрокоптер был идеальной конструкцией и летал в вакууме (уж не знаю как с помощью аэродинамических винтов), работала бы «IT 1.0» – мир простых алгоритмов и программ, увеличил частоту вращения здесь, уменьшил там, и всё как должно быть, всё идеально летает. Даже полностью ручное управление было бы доступно человеку с его ограниченным временем реакции (которое у тренированных людей порядка 0,1 секунды). Но вот в реальном мире мультикоптеры без «IT 2.0» никогда не летали, эта возможность появилась только после серьёзного становления «новой индустрии», признаком которого стала популярность и доступность UAV всех масштабов и ценовых категорий, вплоть до совсем дешёвых комнатных игрушек.

Собственно, это всё из не-IT составляющей. В следующей тематической записи перейдём к главному, к «IT 2.0».

Откланиваюсь.

+99
голосов

Напечатать Отправить другу

Читайте также

"Без IT-составляющей летать они принципиально не способны."
Нет, ну был же "Харриер" еще в 60-е годы прошлого столетия. С его не тривиальной системой управления, с "прямым преобразователи энергии ... и информации в перемещения полётом". Вертикально взлетал, садился и даже зависал.
Не спешите списывать Homo sapiens, мы еще многое можем, если немного потренироваться...

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT