NASAが開発した騒音試験ツールが航空機以外にも用途を拡大

Interdisciplinary Consulting Corporation (IC2) が開発した WirelessArray は、ラングレー研究センターでのテスト飛行のためにここに配置されており、ドローンの飛行テストを迅速かつコスト効率よく行うことができます。 （画像：NASA）

新しい航空機の騒音テストを実施している航空機メーカーは、従来の有線マイク アレイよりもはるかに安価なオプションを利用できるようになりました。また、害虫の問題に悩む農家を支援するのに十分な感度を備えています。ある企業が NASA の協力を得て最近開発したワイヤレス マイク アレ​​イは、農作物を脅かす昆虫が畑で発する音を聞くことで、その昆虫を見つけることができます。そして今では、ほぼどこでも、迅速かつ手頃な価格のテストが可能になりました。

2017 年に NASA の広範な支援を受けて開発された風洞試験用のセンサーである最初の商用製品をリリースして以来、Interdisciplinary Consulting Corporation (IC2) は、新しい WirelessArray 製品を生産するためにスタッフの規模を 2 倍にし、より広い研究室およびオフィス スペースに移転しました。バージニア州ハンプトンにある NASA のラングレー研究センターは、独自の飛行試験をより手頃な価格で行うことに関心を持っており、複数の中小企業イノベーション研究 (SBIR) 契約と専門家によるコンサルティングを通じて、この新しいプロジェクトも支援しました。

IC2 が開発した WirelessArray は、このような自己電源式の全天候型ノードを使用してノイズを検出します。マイクを他のセンサーに置き換えて、1 日、1 週間、さらには年間を通じてデータを収集することもできます。上部のソーラーパネルが内蔵バッテリーに電力を供給し、データは内部のメモリーカードに保存されます。 （画像：学際コンサルティング株式会社）

その結果、頭上の音によって生じる気圧の変化を測定する複数のセンサーを備えた一連の小さな皿型のベースが誕生しました。航空機は騒音試験を受け、その機体タイプに設定されている FAA 騒音レベルを超えないように認証が必要です。飛行機が真上を飛行すると、アレイは騒音データを収集して、音圧とその発生源の 2 次元マップを構築します。カスタム ソフトウェア パッケージは、エンド ユーザー向けにその情報を翻訳します。

NASA の支援のおかげで、このより手頃な価格のテスト ツールは、動物の監視からクリーン エネルギーの生成まで、航空機以外の用途にも利用されています。

NASA航空は常に有線システムを使用して同じデータを収集してきましたが、より煩わしくないアプローチの可能性を感じていたと、ラングレーの計測科学部門のチーフエンジニア、トニー・ハンフリーズ氏は述べています。 Humphreys は WirelessArray SBIR 契約を監督し、コンサルティングを提供し、同社が出発点として使用したプロトタイプ デバイスも提供しました。

「以前、一連の飛行テストのためにエドワーズ空軍基地に出向いたとき、数百個のセンサーを備えた大規模なアレイを使用しました。すべてのセンサーを接続するために約 15 マイルのケーブルがあり、セットアップと撤去には 6 人の乗組員が 3 日かかりました。」と彼は言いました。ケーブルは重ならないように特定のパターンで配置する必要があり、雨が降った場合は、各センサーを雨から保護するためにカバーする必要がありました。複数のセミトラックが、発電機、サーバーのラック、その他の機器とともに、すべての機器を運びました。

対照的に、2 人の IC2 スタッフは、WirelessArray システムのテストに必要なすべてのハードウェアを搭載したミニバンを運転して、ラングレーの飛行試験場に到着しました。しかし、ハンフリーズ氏は、より小型の無線システムによって生成されるデータは従来のシステムと同等であると述べました。

フロリダ州ゲインズビルに本拠を置くIC2の副社長チップ・パターソン氏は、NASAや民間航空会社が有線システムを使って実施する飛行試験は非常に高価であり、通常は中小企業には手が届かないと述べた。 NASA の仕様を満たすように設計されたこのテクノロジーは、その状況を変えます。センサー ノードを 1 つ使用するか 100 個使用するかに関係なく、誰でも飛行テストを行うことができます。

テスト飛行は、飛行機やドローンのメーカーが航空機のどの部分が最も騒音を発生させているかを特定するのに役立ちます。何百もの有線マイクを使用すると、ノイズ要件を満たすように設計を改善するのに費用と時間がかかるプロセスになります。 （画像：NASA）

「各ノードには小さなコンピューター システムが含まれています」とパターソン氏は言います。 「データを取得して SD カードのメモリに保存することができます。また、エンド ユーザーがデータを取得して、取得の開始、記録の停止、ファイルのダウンロード、バッテリーの状態の確認などを要求できる小さな Web サーバーも備えています。」

従来の有線システムでは、すべてのデータを同時に瞬時にダウンロードする必要があるため、アレイは供給先のハード ドライブの容量に制限されます。 IC2 の小規模なシステムは非常に大きなデータセットを取得するため、そのデータは収集されるまで各ノードに保存されます。たとえば、単一のノードをフィールドに配置してコミュニティの騒音測定値を数か月にわたって収集する場合、測定値をダウンロードするために毎日サイトに行く必要はありません。

WirelessArray はさまざまなセンサーをサポートしているため、マイクを光学センサーやその他のさまざまなタイプに簡単に交換できます。各ユニットには独自の自己充電バッテリーとソーラー パネルが搭載されており、長期的な展開をサポートします。内蔵 GPS により複数のノード間で同期されたサンプリングが維持され、ワイヤレス通信によりユーザーはデータをリモートからダウンロードして各デバイスの状態を監視できます。ノードの環境強化されたエンクロージャにより、塵、雪、極端な温度から追加の保護をすることなく、どんな天候でも測定を行うことができます。

新しい遠隔操縦車両を開発する新興企業は、高度な飛行試験データを取得して、離陸、飛行、着陸時の騒音問題を迅速に特定できるようになりました。システムのセットアップ、運用、撤去にかかるコストが非常に低いため、変更ごとに複数のテスト飛行を行うことで、市場投入までの時間を短縮できます。

個々のノードまたは大規模なアレイを操作するために必要なのは、既製のワイヤレス アクセス ポイントと、IC2 のソフトウェア アプリケーションが搭載された標準的なラップトップだけです。ノードは既存のシステムにも簡単に統合できます。

この小型でポータブルなテクノロジーは、航空機の試験以外にもさまざまなプロジェクトやアプリケーションに活用されています。 IC2 は昆虫学者と協力して、音響データを使用して農業現場で高周波の昆虫の音を聞き取ろうとしています。昆虫が作物を食べる場所を発見することで、農家はその地域への殺虫剤の使用を制限しながら、被害が大きくなりすぎる前に介入することが可能になります。

研究者らは、人間の聴覚に一致する標準的な音響センサーを超音波センサーに置き換えることにより、生物学的環境でマウスやラットを監視する方法を模索しています。これにより、動物の健康状態を示す鳴き声やその他の音を監視できるようになります。同様の超音波センサーは、超音速航空機の飛行経路を監視し、ソニックブームが領域に近づいていることを特定することができます。

この技術は音を生成するあらゆるものに適用でき、事前に設定されたスケジュールに従って、またはオンデマンドでデータを収集します。風力タービン、ロケット エンジンのテスト スタンド、空港の騒音レベルなどの環境観察は、ほんの数例にすぎません。 NASA は、このシステムを使用して、まったく新しい飛行機の設計のためのデータを収集することもできます。

「航空学がトラスブレース翼やおそらく分散電気推進などのより高度な概念に移行するにつれて、私たちは音響面を推進してきました。そのため、新しい構成に対する騒音試験と騒音認証の必要性が高まっています」とハンフリーズ氏は述べています。そのため、NASA のエンジニアはすぐにセミトラックとサーバーを数台のミニバンとラップトップと交換できるでしょう。

詳細については、こちらをご覧ください。