ドローンは何でできていますか？

ドローンで使用される主な材料：

• 炭素繊維強化複合材料（CRFC）
• ポリエステル、ナイロン、ポリスチレンなどの熱可塑性プラスチック
• アルミニウム
• リチウムイオン電池

ドローンはノベルティであり、企業や進取の気性に富んだ愛好家によって作られたプロトタイプだったようです。 今ではドローンが世界を乗っ取ったようです。 彼らはいたるところにいて、産業、芸術、さらには子供のおもちゃとしても役割を果たしています 。人々は、これらの小さな飛行機械という事実を見落としがちです。 最近一般的になりました。ドローンはまだ揺籃期にあり、材料とマイクロコントローラーの技術が進歩するにつれて、未来のドローンはほとんどサイエンスフィクションのように見える方法で進化します 。

ドローンの設計方法とドローンの素材を調べることによって 、この重要なテクノロジーがどのように開発されたかを理解し、近い将来にどのように進歩するかを理解することができます。

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無人航空機（UAV）は、従来の土地監視方法に急速に取って代わりつつあります。それらは急速に人気が高まっているため、「ドローンアイビュー」を使用した古典的な「バーズアイビュー」表現を放棄する人もいます。

それで、ドローンとは何ですか？それらはどのように設計されていますか？そして、何が彼らの急増を広めたテクノロジーへと駆り立てているのでしょうか？

調べてみましょう。

ドローンとは何ですか？

ほとんどの人にとって、「ドローン」は特定の種類の無人航空機（UAV）です。 ：マルチローターまたはマルチコプター。名前が示すように、これらの機械は、2つ以上のモーター駆動プロペラから推力を下向きに向けることによって飛行します 。

最も人気のある消費者モデルはクワッドコプターです （4ローター）が、商用バリアントにはヘキサコプターが含まれます （6ローター）およびオクトコプター （8ローター）より大きな揚力を提供します。多種多様な軍用および民間用ドローンがありますが そこでは、一般的なマルチロータードローンとそれらが作られている材料に焦点を当てます。

飛行するには、ドローンが十分な上向きの推力を生成できる必要があります。 自重を克服するために、ドローンの材料の選択は、ドローンの質量を最小限に抑えることによって支配されます 。

ドローンを作るために使用される材料のグラムごとに持ち上げるのにエネルギーがかかり、節約できるすべてのグラムはパフォーマンスを向上させます：

• 貨物容量の増加
• 飛行時間の延長
• 慣性の低減と操作性の向上

材料を選択し、質量を最小限に抑えるようにコンポーネントを設計するこのプロセスは、「軽量化」と呼ばれます。 」。これにより、最も重要な材料特性の選択基準が得られます。低密度の材料を選択して質量を最小限に抑える 。

パーツごとの内訳

ドローンは、さまざまなコンポーネントで構成される複雑なデバイスです 一緒に働いている。各コンポーネントは、異なる機能を実行します 、そのため、各パーツの材料を選択する際にさまざまな考慮事項が関係します。 。ただし、ドローンの各ピースについて、重量を最小化し、パフォーマンスを最大化するために、材料密度を考慮する必要があります。 。

フレーム：すべてをまとめる

フレーム ドローンにその形状を与え、すべてのサブシステムを所定の位置に保持します 。機械的機能を果たすため、フレームの最も重要な材料特性は強度です 。市販のドローンの場合、ナイロン、ポリエステル、ポリスチレンなどの熱可塑性プラスチックは、複雑な部品にするのに費用がかからないため、人気のある選択肢です。 射出成形プロセスの使用 。

熱可塑性プラスチックは、優れた強度と低密度も提供します 、引張強度が100 MPaを超え、密度が2 g/cm3未満の品種がいくつかあります。多くの熱可塑性プラスチックは、カスタムパーツの3Dプリントに使用できるフィラメントでも利用できます。 、熱可塑性プラスチックを実験用ドローンの人気のあるコンポーネントにします。

商用ドローンは、より手頃な価格にするために追加の重量をいくらか犠牲にすることができますが、産業用ドローン 優先パフォーマンス 。 強度が高い素材 少量で使用できるため、さらに軽量で高性能なドローンになります。

Matmatch検索を使用して最低密度と最高強度の材料を見つけると、高性能ドローンフレームの最良の選択肢が見つかります：炭素繊維強化複合材料 。これらの複合材料は、高強度、低密度、高剛性を提供し、軽量で剛性の高いドローンフレームを作成します。

モーターとプロペラ：持ち上げる

推力の源がなければ、ドローンは決して地面から降りることはありません。ドローンを駆動するモーターは従来の電気モーターです 銅巻線と永久磁石 。モーターのハウジングは、重量を最小限に抑えるように選択でき、熱可塑性プラスチックまたはアルミニウム合金のいずれかが、優れた強度対重量比を示します。

ただし、モーターはかなりの熱を発生する可能性があります。したがって、アルミニウムのような熱伝導率の高い材料 、モーターを冷却するためのハウジングに使用できます。

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中国のメーカーが支配する世界の非軍事ドローン市場は、今後10年間で3倍の規模の143億ドルの売り上げになります。 （ロイター）

ローターブレード ドローンの多くは高速で回転するため、ドローンが飛ぶときに最も摩耗しやすい傾向があります。 （またはクラッシュ）。フレームの素材と同じように、最適なローターブレードの素材を選択します 重量を最小限に抑えながら強度を最大化することです。

一部のローターブレードは、炭素繊維強化複合材で作られています。 。ただし、ローターブレードは頻繁に損傷して交換されるため、交換のコストを削減するために多くは熱可塑性プラスチックで作られています 彼らが壊れたときに彼ら。

ローターブレードは通常、回転中の高速衝撃で損傷するため、耐久性のあるローターブレードを設計しようとしているエンジニアは、衝撃強度と密度で材料をろ過して適切な材料を選択できます。

バッテリー：飛ぶ力

ドローンのすべてのコンポーネントのうち、バッテリー技術の改善 最も重要なブレークスルーかもしれません それは現代のマルチロータードローンを可能にしました。機械部品を設計するときに強度と重量の比率を考慮するのと同じように、バッテリーの性能はバッテリーの重量で測定できます 。

比エネルギーなどの測定 （J / kg）および比出力 （W / kg）は、バッテリーのエネルギーを貯蔵および放出する能力をバッテリーの質量の観点から説明します 。

古い鉛蓄電池とNi-Cd電池 重すぎた ドローンの場合、それが地面から浮き上がることができれば、彼らは長い間飛ぶように動力を与えました。ただし、最新のリチウムイオン電池 今日のマルチロータードローンを可能にするために、軽量パッケージで十分なエネルギーとパワーを提供します。バッテリーとコンデンサー技術の将来の進歩により、さらに軽量で高性能なドローンが可能になります。

センサー：ドローンの神経系

マルチロータードローンは、飛行するたびに微妙なバランスを取ることに取り組んでいます。 。 1つのモーターの推力が大きすぎると、ドローンが傾いたり、ひっくり返ったりします。人体が感覚と神経の複雑なネットワークを使用して歩行時にバランスをとるのと同じように、マルチロータードローンは印象的なセンサーとフィードバックメカニズムのセットを使用して空中に留まります 。

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警察と法執行機関は、交通事故現場の調査、行方不明者の捜索、容疑者の場所、救助活動、公安または住民に不便な行為に関連する違法行為または活動の検出、機密エリアの確保、および犯罪現場の調査にドローンを使用しています。

ドローンの「神経系」の最も重要な部分は、その傾斜センサーです 。ジャイロスコープセンサーと加速度計を組み合わせた傾斜センサーは、ドローンのモーターを使用してフィードバックループに接続されています。

飛行中のドローンは、モーターの推力を常に微調整して水平を維持し、空気の流れや極端な操作から回復できるようにします。いくつかの高度なドローン 各ローターを個別に傾けることもできます 、ドローンが各ローターから受ける推力の方向と強さの両方を制御できるようにします。

ドローンは、他のさまざまなセンサーを使用することもできます 彼らの内部システムと彼らの周りの世界を監視するために。 電流センサーと電圧センサー ドローンがそのパワーリザーブから引き出されたエネルギーを追跡するのを手伝ってください 、着陸して再充電する時期をパイロットが知るのに役立ちます。

GPSおよび磁気センサー ドローンの位置と向きを測定することで、ナビゲーションを支援します。 気流センサー ドローンが対気速度や気流を検出できるようにし、その情報をバランシング回路にフィードバックして、ドローンの飛行をさらに安定させることができます。

マイクロコントローラーとカメラ：よりスマートなドローン

マイクロチップテクノロジーの同じ進歩 現代のスマートフォンを作成したことで、ドローンをフライングコンピューターにすることが可能になりました 。 スマートフォンにあるものと同じチップの多く （Intel、Nvidia、Qualcomm、Armなど）もドローンに表示されます。

ドローンがよりスマートになるにつれて、ドローンは人間の制御が少なくてより洗練されたタスクを引き受けることができるようになります 。現在、これは、ドローンが人間のパイロットなしで所定の経路をたどったり、さらに大きなセンサーのアレイからの測定値を記録したりできることを意味します。しかし、研究者はドローンのプログラミング方法を学んでいます 人間の助けなしにますます複雑なタスクを実行するため。

ほとんどの人にとって、ドローンの全体的な目的は、人間が到達できない高さまでカメラを運ぶことです。 。基本的な消費者レベルのドローンでさえ、ビデオをスマートフォンにブロードキャストするか、画像をメモリに記録するカメラを搭載しています。

映画スタジオはハイエンドドローンを使用しています 彼らの大予算の映画を撮るために。しかし、「コンピュータビジョン」の分野における進歩は、カメラを単なるペイロードや人間のパイロットのための補助以上のものに変えています。未来のドローンはカメラを使って周囲の世界を見る その情報を使用してパイロットを行います。

ドローンはますます人間のパイロットの助けなしに飛行できるようになっています またはGPSでさえナビゲートする 、そしてこれは強力な新機能を生み出しています：ドローンが一緒に動作します。 ドローンの群れは、以前はGPSを使用し、中央のコントローラーと通信して各個人がグループのどこに適合するかを決定するドローンのチームで構成されていました。

ただし、最先端の研究により、独自のオンボードセンサー、さらにはカメラを使用して、他のドローンを認識して編隊飛行するドローンが製造されています。 。間もなく、自律型ドローンのチームがライフガードとして機能するのが一般的になる可能性があります。 、作物の世話 、または災害救援活動を支援するために検索フォーメーションを飛行する 。

グローバルに影響を与えるテクノロジー

ドローンは今どこにでもあるようです。彼らは映画の撮影、映画の主演、不動産の販売の支援、スポーツの放送、新しいスポーツの作成、農場や工場での作業、他のドローンの狩猟を行っており、まもなくパッケージを配達する可能性があります。 。材料、AI、マイクロコントローラーが向上するにつれて、ドローンは幅広い業界に革命を起こし続けます 。

ドローンの未来

ドローンは日ごとに人気が高まり、世界の働き方や遊び方に革命をもたらしています。 ドローンで使用される材料 重量を最小限に抑えながら、高強度フレームと高バッテリー容量でパフォーマンスを向上させるために選択されています。

ドローンの重量を最小限に抑えると、パフォーマンスが最大になります 、それがシネマドローンをより長い撮影を実行できるようにすることであろうと、レーシングドローンをさらに操作しやすくすることであろうと。 ドローンも常にスマートになっています そして、自律型ドローンが日常生活の本質的な部分になるまで、そう長くはかからないかもしれません。