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Ridley Scott激发Network Rail的探洞无人机

2021-02-09 17:07:47

好莱坞导演里德利·斯科特(Ridley Scott)在其2012年的电影《普罗米修斯》中拍摄了寻找外星人的宇航员时,他几乎不知道有一天会激发一个Network Rail无人机项目。

但是,奇怪的是,这确实发生了。Network Rail拥有并维护英国的大部分铁路基础设施-从宽阔的轨道到成千上万的桥梁,隧道和平交道口-长期以来一直在寻求更便宜,更简便的方法来勘测遍布其物业的许多地下洞穴和废弃矿山。

工程师在进行建筑工作或移动重型机械时,必须考虑“浅”地下空隙,因为洞穴可能会塌陷并导致上方地面移动。英国有5,000多个浅层空隙。

在2018年的一次创新研讨会上,Network Rail的首席采矿工程师Neal Rushton发现自己和电子专家和机器人研究人员坐在一张桌子旁。他画了一张他要寻找的设备的简单草图-可以沿着15厘米深的钻孔行进,进入地下洞穴并绘制其内部图。

绘制这些区域的现有方法很慢,有时甚至很危险。测量员要么在地面上钻多个钻孔,然后通过它们在长杆的末端戳传感器,以扫描下方的空间;或由技术人员亲自进入矿井和洞穴,以手工收集数据。危险气体,塌陷甚至爆炸都是对这些工人造成伤害的可能原因。

当曼彻斯特大学的机器人工程师西蒙·沃森(Simon Watson)看到拉什顿先生的画时,他立即想起来:“嗯,我已经看过一部有关这部电影的电影,”他说。“是普罗米修斯。”

在科幻大片的一个著名场景中,四架球形无人机摇晃成一个令人毛骨悚然的,未经探索的外星人结构,并在进行扫描时用激光对其进行扫描,以建立环境的3D模型。这是一个诱人的时刻,在此时刻,人类太空旅行者意识到了他们偶然发现的巨大奇特之处。

拉什顿先生知道这部电影,所以立刻就认出了沃森先生的类比,这引起了大家的议论。拉什顿今天说:“像这样的工具将是无价的。” “不仅对我们来说,而且对全世界的数百个应用程序而言。”

这就是“普罗米修斯”无人机项目的名称,尽管Network Rail希望使用该设备探索的洞穴将比电影中的外星隧道小,但技术原理几乎完全相同。

虽然有特殊的挑战。一方面,无人驾驶飞机必须穿过一个15厘米(6英寸)的舒适钻孔,这是用于地下勘测的标准尺寸。沃森先生,他的研究助理利亚姆·布朗(Liam Brown)和同事们提出了一种折叠设计,一旦将设备推过井孔并进入下面的阴暗矿井,无人机的装有螺旋桨的臂就会抬升到“飞行”位置。 。

在这一点上,无人机在执行任务时分离并放大到地下空间。但是,由于缺少光照并且难以将无线信号保持在地面上,因此没有人可以控制它的去向。普罗米修斯必须改为自主探索地下空间。

为了收集有关其环境的数据并避免撞到洞壁或钟乳石,该无人机将配备一台使用激光和红外成像的摄像机,以绘制其环境的3D地图。该设备已经小型化,因此可以安装在无人机上。如果一切按计划进行,一旦它获取了洞穴内部的地图,无人机就会飞回钻孔,在那里它将自动与钻机对接,然后被拉回地面。

该项目背后的财团涉及多个组织,其中包括-曼彻斯特大学,布里斯托大学和皇家霍洛威大学,这些组织都在研究无人机。总部位于伦敦的科技公司Headlight AI,负责设计特殊的摄像头和其他组件。

“ Prometheus无人机面临的挑战是,第一,必须在没有GPS的情况下进行导航,” Headlight AI的联合创始人兼首席技术官Puneet Chhabra解释道。在2018年的创新实验室会议上说。“这意味着您必须创建3D地图,并且该地图必须随着无人机的移动而更新-如果需要,您必须在该空间中进行本地化。”

沃森说:“不仅如此,而且由于无人机体积小巧,它只能携带一小块电池,因此必须在10分钟内完成任务。”数据。”

该团队已经在试飞过程中试用了某些技术,例如对接设备-使用锁定销和磁铁将无人机固定在适当位置,直到准备下降并飞走为止-以及3D映射。他们的工作在最近发表的科学论文中有所描述。

另外,沃森先生和他的同事们还测试了一些现成的无人机,这与完成的普罗米修斯不同,它们不能自行飞行,也没有扫描设备。

不过,在什罗普郡的洞穴中进行的实验使研究小组对设备如何应对狭窄空间中的湍流有了一定的了解。重要的是要考虑到这一点,因为,如果真正的Prometheus无人机在其未来的一项探险中坠毁在地下,工程师将能够将其取回的可能性几乎为零。

Chhabra先生说,计划在2021年春季使用Prometheus本身的原型进行腔内飞行测试。

这不是第一次有人尝试构建自主的,可绘制洞穴的无人机。三年前,澳大利亚的一个团队演示了一种这样的设备-尽管它比Prometheus的要大得多。

同时,荷兰代尔夫特理工大学的Guido de Croon和同事们进行了实验,设计了一群小型的自动无人机,旨在绘制未知的环境。他们的研究成果发表在去年的《科学机器人》杂志上。

德克朗教授说,Network Rail的野心令人印象深刻。

他说:“我认为这非常令人兴奋。我没有意识到这个问题,我必须说。”

“下面的整个世界几乎无法进入,对人类来说是危险的。”

尽管该项目提出了许多挑战,但他对Prometheus团队选择的方法表示赞赏。他还指出,在从事类似项目的学生中,关于里德利·斯科特(Ridley Scott)电影的讨论也是如何引起他的讨论的。

“电影使人们梦想成真,”德克朗教授说。“研究人员,他们非常希望在现实中意识到这种酷炫的东西。

“它反过来也起作用。您所做的一些研究工作启发了电影制片人。”

只要普罗米修斯在未来的任务中没有发现任何令人吃惊的东西,一切都会很好,例如,外星人潜伏在东海岸干线下方。

沃森先生笑着说:“就是在我们找到洞穴的时候,那里装满了鸡蛋,我们就像……呃,对,”

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