Elektromobilní odpoledne. Kredit: FEKT VUT Brno.

V roce 2006 Federální letecká správa Spojených států zahájila rozvolňování omezující legislativy pro využití civilních nekomerčních dronů [1]. S bezpilotními letouny se experimentovalo již na počátku 20. stolení, ale téměř výhradně pro vojenské účely [2].

Tento krok nastartoval bouřlivý rozvoj dronů. V roce 2013 oznámila firma Amazon, že hodlá používat drony pro doručování zásilek [3]. O pár let později se objevily první chytré drony, které se snadno autonomně vyhýbají překážkám [4]. Pak už se s nimi roztrhl pytel.

UAV (Unmanned Aerial Vehicles – jednoduše drony) nejprve nacházely využití především u rekreačních letců. Záhy ale neušly pozornosti záchranářů, hasičů a podobných profesí. Již v roce 2017 byly drony použity pro monitoring požárů na jihozápadě USA namísto letadel [5]. Jejich předností ve srovnání s pilotovanými letouny je nízká cena a nenáročný provoz [6]. Tento provoz je přitom možné ještě dále zjednodušit.

Popularita na Google. Kredit: FEKT VUT Brno.

Hangár pro drony

V dnešní době narůstá poptávka po systémech, které zajistí rutinní provoz, v němž budou potřebné úkony probíhat opakovatelně, spolehlivě a levně. Víme, že použití dronů řadu takových kritérií splňuje. Problém je v tom, že drony často nejsou na daném místě nasazené trvale. V řadě případů je musí obsluhovat vzdálený pilot, což je náročné na finanční i lidské zdroje. Některé z těchto nevýhod řeší hangár pro drony – jakési technologické hnízdo, kde dron přebývá, pokud není zrovna nasazen. Co by mělo takové zařízení umět?

Model dronového hnízda. Kredit: FEKT VUT Brno.

Nabíjení

Soudobé technologie umožňují, aby drony přistávaly s přesností na desítky centimetrů přesně bez přímého řízení, díky naprogramování GPS souřadnic [7]. Dron v takovém případě přistane na nabíjecí plošině zcela bez asistence lidského operátora. Hangár si pak sám dotyčný dron připojí. Nabízí stabilní zdroj napájení akumulátoru dronu, který v něm hnízdí. Hangár přitom může být připojený k síti, je-li dostupná, anebo využívá vlastní baterii.

Komfort pro drony

Drony představují prvotřídní technologií, jejíž životnost v nestabilních podmínkách reálného prostředí je žádoucí chránit. Hangár proto autonomně reguluje teplotu a nepouští dovnitř vlhkost. Rovněž neustále monitoruje uhnízděný dron a pravidelně o něm podává zprávu včetně fotodokumentace.

Komunikace se serverem

Dronový tým. Kredit: FEKT VUT Brno.

Hangár by měl co nejvíce omezit zásahy lidského operátora do provozu dronu. Důležitá data, která systém nasbírá, jsou automaticky odesílána na server, kde jsou přístupná uživateli. Jsou to data z operací dronů, stejně jako záznamy o stavu dronu či výstrahy, například kvůli poruchám. Propojení většího počtu takových hangárů dovoluje získat více komplexní obrázek, jak o probíhajících operacích, tak o stavu letadel nebo třeba základních datech z prostředí, pokud je systém detekuje.

Vývoj hangáru na VUT

Na Ústavu teoretické a experimentální elektrotechniky brněnského VUT již delší dobu vede výzkum v oblasti UAV Ing. Jiří Janoušek [8], který se problematikou zabývá i v soukromém sektoru s firmou FlyinDiamonds (dronové světelné show). Ing. Janoušek je také garantem studentského projektu, který se zabývá sestrojením hangáru pro drony vyvinuté na ústavu.

Brněnský hangár tvoří přistávací a napájecí plošina a komora hangáru. Pro aplikace je možné využít i samotnou přistávací/napájecí plošinu, například instalovanou na automobilu. V kombinaci s komorou pak hangár zajišťuje, že dron zvládne mise po okolí s doletem víc než deset kilometrů několikrát týdně – vše zcela autonomně.

Systém je vybaven vlastním jednodeskovým počítačem, který zpracovává data z dronu a společně s parametry minulého letu, stavu dronu a samotného hangáru je odesílá na server

Hangár rovněž zaručuje, že je dron nabitý, aby mohl operovat i v nouzových situacích, včetně výpadku síťového napájení. Má k dispozici vlastní baterií 20 Ah, ze které si dron může minimálně jednou doplnit energii. Studentský tým rovněž do budoucna uvažuje o zahrnutí dalších zdrojů energie, jako jsou například solární články.

Aplikace pro autonomní hnízda

V České republice se doposud s autonomními hnízdy pro drony moc často nesetkáváme. Do budoucna tomu ale může být jinak. Sestavy chytrých dronových hangáru by mohly sloužit například k monitoringu velkých vodních ploch a dalších rizikových míst pro záchranáře, monitoringu oblastí s rizikem požáru, železničních tratí nebo třeba přísně střežených objektů.

Drony na železnici již fungují i na Evropském kontinentu. Například Švýcarské spolkové dráhy je používají pro přístup do nebezpečných oblastí, aniž by narušily provoz železničních tratí. Také tím snižují náročnost na lidské i přírodní zdroje [6].

Firmy jako Amazon testují tyto systémy pro rychlé a spolehlivé doručování zásilek, což snižuje náklady a ekologickou zátěž oproti tradičním dopravním prostředkům [9]. Autonomní hangáry zajišťují pravidelné nabíjení a údržbu dronů a umožňují tím nepřetržitý provoz.

Drony nalezly své uplatnění i v zemědělství, na polích nebo vinicích, kde nejen plaší škůdce, ale také pravidelně sbírají důležitá data o pěstovaných plodinách. To pomáhá agronomům co nejlépe se rozhodovat v otázkách zavlažování či výběru hnojiv [10, 11].

V dnešní klimaticky problematické době přibývá nebezpečných požárů. V Evropě na to nejsme tolik zvyklí a nedisponujeme v takové míře potřebnou technikou a lidmi. Při řešení požárů v krajině se běžně využívají letouny. Použití dronů by však mělo být nejen efektivnější, levnější, ale i bezpečnější. Podle dat Lesní správy USA tam souvisí 24 % úmrtí při hašení požáru s leteckou havárií [12].

Shrnutí

Bezpilotní letadla, neboli drony, se rychle stávají nedílnou součástí každodenní reality a jejich aplikace se šíří. Projekt vývoje autonomního hangáru pro drony na VUT v Brně představuje významný pokrok v této technologii. Tento inovativní systém zajišťuje nejen autonomní nabíjení a ochranu dronů, ale také efektivní sběr a přenos dat. To následně umožňuje široké využití dronů s hnízdy při monitoringu rizikových míst, při záchranných operacích nebi třeba v zemědělství. S rozvojem těchto technologií můžeme očekávat větší efektivitu, nižší náklady a lepší využití lidských zdrojů. Drony jsou klíčovou technologii budoucnosti.

Použitá literatura