Kỹ sư tự chế drone một động cơ siêu nhỏ bằng máy in 3D ngay trong phòng ngủ

Một kỹ sư phần mềm đồng thời là người đam mê drone và in 3D đã chia sẻ về một chiếc drone một động cơ mà họ tự chế tạo tại nhà và thử nghiệm ngay trên giường ngủ. Joshua Bird đã đăng tải video ghi lại quá trình tạo ra nó lên YouTube, nhấn mạnh kỹ thuật độc đáo được sử dụng để duy trì khả năng điều khiển và độ ổn định. Thiết kế này sử dụng sự kết hợp giữa cánh quạt có bản lề, các thay đổi tốc độ quay của động cơ diễn ra liên tục, cùng với một bộ điều khiển bay tùy chỉnh và firmware điều khiển động cơ cho phép động cơ phản ứng với các thay đổi cần thiết trong thời gian chưa đầy 0,2 mili-giây.

Hầu hết các loại máy bay cánh quạt đều yêu cầu cơ chế để triệt tiêu momen xoắn do động cơ tạo ra và thay đổi hướng bay, thường là sử dụng đĩa lệch (swashplate) để thay đổi góc tới của cánh quạt và một cánh quạt phụ. Mặc dù phương pháp này đã chứng tỏ hiệu quả trong nhiều thập kỷ, nó lại khiến máy bay cánh quạt trở nên nặng nề và phức tạp hơn. Chiếc drone một động cơ này đã cắt giảm nhu cầu sử dụng cơ chế phụ bằng cách liên tục điều chỉnh tốc độ của động cơ — tăng tốc nó tạo ra nhiều momen phản lực hơn trong khi giảm tốc áp dụng momen phản lực ngược lại. Điều này về cơ bản biến thành một màn giữ thăng bằng giữa hai lực để giảm momen xoắn trên thân drone xuống mức dễ quản lý hơn.

Rô-tơ có bản lề cũng dựa vào chính cơ chế này để điều khiển hướng thay vì phụ thuộc vào đĩa lệch. Mỗi cánh quạt nằm trên một bản lề 45 độ giúp nó xoay khi động cơ tăng tốc. Khi điều này xảy ra, một cánh quạt ngóc lên để tạo ra nhiều lực nâng hơn, trong khi cánh quạt kia hạ xuống, làm giảm lực nâng. Bằng cách tăng tốc và giảm tốc động cơ khi cần thiết, Bird có thể thay đổi chuyển động lượn ngang (roll) và chúi ngửa (pitch) của drone. Anh ấy cũng kết hợp điều này với momen xoắn của rô-tơ chính, các tinh chỉnh động cơ, và các cánh ổn định in 3D để tạo ra khả năng điều khiển hướng xoay (yaw) hiệu quả.

Đó là phần lý thuyết — phần lớn video chế tạo tập trung vào việc khắc phục sự cố, bao gồm cả phần Bird chế tạo một camera tốc độ cao bằng máy ảnh Sony và một đèn flash được điều khiển bởi vi điều khiển nhận tín hiệu từ bộ điều khiển động cơ của drone nguyên mẫu và màn trập máy ảnh. Camera tốc độ cao tự chế này tiết lộ rằng các cánh quạt của drone quá mềm và phải được thay thế bằng phiên bản in 3D sử dụng sợi nhựa cứng cáp hơn.

Tác giả đã phải thực hiện một số chuyến bay thử nghiệm ngay trên giường của mình, phần lớn trong số đó dẫn đến việc drone bị rơi và một số hư hỏng tường khi anh ấy tinh chỉnh chương trình của drone. Cuối cùng, Bird cũng làm cho chiếc drone in 3D có thể bay được, mặc dù nó bị giới hạn trong phòng ngủ vì phương pháp điều hướng bằng đèn beacon hồng ngoại có cố định đế. Anh ấy cho biết cuối cùng mình muốn bổ sung một camera tuyến tính vào bản dựng để nó có thể cất cánh trong các môi trường khác trong tương lai.

Trong khi các nhà nghiên cứu và kỹ sư khác đã chế tạo ra những chiếc drone nhỏ hơn, yên tĩnh hơn, với việc Trung Quốc thậm chí còn hé lộ một thiết bị có kích thước bằng con muỗi, dự án một động cơ của Joshua Bird vẫn là một góc nhìn độc đáo về drone. Nhưng điều làm cho video YouTube trở nên thú vị hơn nhiều chính là quá trình giải quyết vấn đề và các giải pháp xuất hiện sau đó. Bạn có thể xem toàn bộ video bên dưới và thậm chí bắt đầu dự án tương tự của riêng mình bằng cách xem kho lưu trữ GitHub Single Propeller Drone.