Rones, ett populärt smeknamn för obemannade luftfartyg och mikroflygplan, frammanar ofta bilder av obemannade flygplan som flyger tusentals kilometer för spionage och för att använda ammunition. Under de senaste åren har dock ett ökande antal offentliga och privata forskningslaboratorier arbetat med små, människovänliga drönare som en dag autonomt kan flyga i trånga utrymmen och i närheten av människor. Utvecklingen av dessa små drönare, som är huvudfokus för denna översyn, har fått stöd av miniatyriseringen och kostnadsminskningen av elektroniska komponenter (mikroprocessorer, sensorer, batterier och trådlösa kommunikationsenheter), som till stor del drivs av den bärbara elektronikindustrin. Dessa förbättringar har möjliggjort prototyper och kommersialisering av små (vanligtvis mindre än 1 kg) drönare till smarttelefonpriser. Små drönare kommer att få betydande socioekonomiska konsekvenser (Fig. 1 )............................................................................................................... Bilder från drönare som kan flyga några meter över marken kommer att fylla en lucka mellan dyra, väderberoende och lågupplösta bilder som tillhandahålls av satelliter och bilbaserade bilder som är begränsade till perspektiv på mänsklig nivå och tillgången till tillgängliga vägar. Specialiserade flygande kameror och molnbaserad dataanalys kommer att göra det möjligt för jordbrukare att kontinuerligt övervaka kvaliteten på grödans tillväxt. Sådana plattformar kommer att göra det möjligt för byggföretagen att mäta framstegen i arbetet i realtid. Drönare kommer att låta gruvföretagen få exakta volymdata från utgrävningar. Energi- och infrastrukturföretagen kommer att kunna göra omfattande undersökningar av rörledningar, vägar och kablar. Humanitära organisationer skulle omedelbart kunna bedöma och anpassa biståndsinsatserna i de ständigt föränderliga flyktinglägren. Transportdrönare som på ett säkert sätt kan lyfta och landa i närheten av byggnader och människor kommer att göra det möjligt för utvecklingsländer - utan ett lämpligt vägnät - att snabbt leverera varor och slutligen frigöra hela potentialen i sin infrastruktur för e-handel. Transportdrönare kommer också att hjälpa utvecklade länder att förbättra kvaliteten på servicen i överbelastade eller avlägsna områden, och kommer att göra det möjligt för räddningsorganisationer att snabbt leverera medicinska förnödenheter på fältet och på begäran. Inspektionsdrönare som kan flyga i trånga utrymmen kommer att hjälpa brandbekämpnings- och nödenheter att bedöma farorna snabbare och säkrare, logistikföretag för att upptäcka sprickor i fartygens inre och yttre skal, vägunderhållsföretag för att mäta tecken på slitage i broar och tunnlar, säkerhetsföretag för att förbättra byggsäkerheten genom att övervaka områden utanför övervakningskamerorna och katastrofförebyggande organ för att inspektera delvis kollapsade byggnader där markskräp är ett hinder för markrobotar. Samordnade team av autonoma drönare kommer att möjliggöra uppdrag som varar längre än flygtiden för en enda drönare genom att låta vissa drönare tillfälligt lämna teamet för batteribyte. Drone team kommer att tillåta räddningsorganisationer att snabbt distribuera dedikerade kommunikationsnät för markoperatörer. Telekommunikationsföretag kan också utnyttja drönarnät för att tillfälligt komplettera eller ersätta tjänsteställen. För att förverkliga denna vision krävs nya mekatroniska lösningar och nya nivåer av kontrollautonomi (ruta 1) för att på ett säkert sätt slutföra uppdrag i trånga utrymmen och nära marken, där absoluta positionssignaler och fjärrkontroll inte är tillgängliga eller tillräckligt exakta. Ingen av dagens kommersiella drönare har tillräcklig kontrollautonomi för att slutföra något av de uppdrag som beskrivs utan kompetent mänsklig övervakning, vilket gör dessa operationer långsamma, farliga och inte skalbara. Vi identifierar de mest lovande vetenskapliga och tekniska framstegen som kan leda till en ny generation små autonoma drönare och erbjuda en preliminär färdplan för kapacitetsutbyggnad inom lämpliga regelverk. Flygning är energiskt dyrt, särskilt när storleken på enheten minskas. Detta beror ofta på praktiska problem som uppstår vid nedskalning av ett fordon, såsom minskad effekttäthet hos elektromagnetiska motorer, minskad transmissionseffektivitet på grund av ökad dominans av friktion från växlar och lager, och större viskösa förluster på grund av minskat Reynolds antal. Vissa flyglägen är också utmanande - till exempel svävande - antingen på grund av energier eller kontroll; dessa blir också allt svårare eftersom storleken minskas. Skalningsfrågorna skapar problem på den mest grundläggande självständighetsnivån: de begränsar förmågan att helt enkelt upprätthålla flygningen under en tillräckligt lång tid för att utföra uppdragsfunktioner på högre nivå. För att övervinna dessa utmaningar måste utvecklare av drönare överväga designval på systemnivå som balanserar kompromisser som uppstår vid val av komponenter för att driva fordonet. De vanligaste morfologierna för flygande robotar inkluderar mer konventionella fasta och roterande flygplan (rotorcraft) design samt bioinspirerade konstruktioner baserade på flaxande vingar. Var och en av dessa plattformstyper har för- och nackdelar. Till exempel, flygplan med fasta vingar (Fig. 2a) kan flyga snabbt och effektivt, men vanligtvis inte sväva. Rotorfarkoster (Fig. 2b) kan sväva och är mycket manövrerbara, men är i allmänhet mindre effektiva under flygning framåt än fordon med fasta vingar. Ingen fix-wing Vi bevittnar tillkomsten av en ny era av robotar -drönare - som autonomt kan flyga i naturliga och människogjorda miljöer. Dessa robotar, som ofta förknippas med försvarstillämpningar, kan ha stor inverkan på civila uppgifter, bland annat transport, kommunikation, jordbruk, katastrofförebyggande och miljöskydd. Autonom flygning i trånga utrymmen innebär stora vetenskapliga och tekniska utmaningar på grund av den energiska kostnaden för att hålla sig i luften och den perceptuella intelligens som krävs för att förhandla om komplexa miljöer. Vi identifierar vetenskapliga och tekniska framsteg som inom lämpliga regelverk förväntas leda till en genomgripande användning av autonoma drönare för civila tillämpningar.
Med den utbredda tillämpningen av den nya generationen av informationsteknik har drönarteknik tillämpats i stor utsträckning REF.
Science, technology and the future of small autonomous drones
{'venue': 'Nature', 'journal': 'Nature', 'mag_field_of_study': ['Engineering', 'Medicine']}