Как Skydio стали лидерами в индустрии дронов в области автономного полета с помощью 3D-печати

Линия беспилотных авиационных систем (БАС) Skydio используется профессионалами в различных отраслях — от энергетики до ликвидации последствий стихийных бедствий. Фото: Skydio.

В то время как производители по всему миру стремятся адаптироваться к распространению искусственного интеллекта, одна компания по производству дронов задала стандарты для систем на базе ИИ. Skydio — ведущий американский производитель дронов и мировой лидер в области автономного полета. Их линейка беспилотных авиационных систем (БАС) и новые продукты серии Dock открывают новые возможности в таких отраслях, как энергетика, транспорт, общественная безопасность, экологические исследования и других.

Команды инженеров и дизайнеров Skydio полагаются на стереолитографические (SLA) 3D-принтеры Formlabs Form 3+ на этапе разработки продукта для создания прототипов, максимально приближенных к финальному дизайну для массового производства. Принтеры Form 3+ используются для всего: от функционального тестирования до изготовления оснастки и приспособлений, благодаря широкому спектру материалов Formlabs. У Skydio есть два типа дронов: Skydio 2+ и Skydio X2 — прочный дрон для корпоративного и оборонного сектора. Они также представили Skydio Dock — новый инновационный продукт, который позволяет развертывать дроны на удаленных объектах и передавать информацию без вмешательства или мониторинга человека.

Старший специалист по разработке аппаратного обеспечения Эрик Вайнхоффер рассказал нам о рабочем процессе от проектирования до производства и о том, как 3D-печать помогает команде разработчиков «железа» успевать за продвинутой разработкой программного обеспечения Skydio.

Что отличает Skydio

На заре индустрии дронов БАС, иногда называемые беспилотными летательными аппаратами (БПЛА), требовали удаленного пилота за штурвалом. Чтобы обеспечить надежное соединение, пилот должен был находиться физически близко к дрону, что ограничивало его радиус действия и эффективность. В последние годы компании начали внедрять элементы автономности в свои системы, открывая новые варианты использования и позволяя дронам собирать больше информации.

Skydio ушла далеко вперед от конкурентов, сделав упор в первую очередь на разработку программного обеспечения и представив полностью автономную систему полета. «Исторически пилотирование таких дронов требовало большого мастерства. С традиционными дронами было много аварий или просто очень плохое видео. Наши дроны не разбиваются — они не только идеально выстраивают кадр, но и избегают деревьев, интеллектуально прокладывают маршрут и автоматически следуют за объектом. Мы — мировые лидеры в области автономного полета», — говорит Вайнхоффер.

Такой уровень автономности открывает целый мир новых возможностей для дронов. Службы общественной безопасности могут использовать их при обследовании места происшествия или места преступления для цифровой реконструкции событий — без привлечения человеческих ресурсов для управления дроном или оплаты услуг сторонней компании. Энергокомпании, фирмы гражданского строительства и государственные учреждения полагаются на дроны Skydio для проведения масштабных инспекций своих объектов и могут развертывать дроны с постоянно установленным Dock, организуя почти непрерывный мониторинг без дополнительных ресурсов. Поскольку такие задачи часто выполняются в труднодоступных местах, дроны Skydio должны быть прочными и хорошо спроектированными. SLA 3D-печать позволяет им максимально приблизиться к финальной литьевой детали при оценке требований к прототипам.

Постоянный поиск компромисса между весом, скоростью и дальностью

Вайнхоффер и команда разработки аппаратного обеспечения полагаются на принтеры Form 3+ и разнообразные смолы Formlabs, чтобы успевать за высокоскоростным процессом разработки программного обеспечения Skydio. Фото: Skydio.

Проектирование дронов — это постоянный поиск компромиссов. Более прочные дроны не могут летать так же долго, как легкие. Очень легкие дроны не могут нести вычислительные мощности, необходимые для автономной работы, но добавление всех необходимых вычислений увеличивает массу и, следовательно, влияет на время полета. Это постоянная череда небольших изменений в дизайне, постепенных корректировок и масштабного тестирования. «Мы выполняем так много вычислений на борту для поддержки автономного полета. Каждое решение — это компромисс в производительности, который влияет на каждую часть аппаратного обеспечения и электроники».

Чтобы вносить небольшие изменения в геометрию компонентов и тестировать, как это влияет на время полета или ударопрочность, команды разработчиков аппаратного обеспечения полагаются на ночную печать для поддержки и информирования процесса разработки.

«Скорость 3D-печати дает нам возможность рассматривать возможность того или иного компромисса. Мы можем сравнить две слегка разные геометрии и протестировать эти компромиссы».

Эрик Вайнхоффер, старший специалист по разработке аппаратного обеспечения

Способность Skydio быстро принимать такие решения и проводить тесты позволила им соблюдать сроки и получать контракты. Для одного из крупных программных проектов федерального правительства США многие компании-производители дронов участвовали в открытом тендере. Участники должны были в строгие и сжатые сроки представить продукты, соответствующие спецификациям правительства. Skydio смогла выиграть тендер благодаря возможности быстро вносить изменения в аппаратное обеспечение, отчасти благодаря принтерам Formlabs.

«Мы не могли контролировать дату — было критически важно разрабатывать аппаратное и программное обеспечение вместе. Сроки изготовления серийных деталей были для нас самым большим ограничением. Form 3+ сразу же заработал без остановки, и тогда все стало очень просто: нужное нам для изменений аппаратное обеспечение было прямо здесь», — говорит Вайнхоффер.

Команда разработчиков аппаратного обеспечения Skydio держит свои SLA-машины стопкой и в легкодоступном месте, чтобы принтеры могли работать непрерывно, помогая команде почти постоянно создавать прототипы и тестировать их. Фото: Skydio.

Финальное проектирование и функциональное тестирование
Во внешней тестовой среде, как в случае с федеральным тендером, наличие промежуточных 3D-печатных деталей, которые могут имитировать прочность, долговечность, а также жесткость литьевых или обработанных на станке деталей, крайне важно. Хотя Skydio использует детали, напечатанные методом послойного наплавления (FDM), для быстрой проверки формы или подгонки, для функционального тестирования прототипов на финальной стадии они полагаются на машины Formlabs. «SLA полезен, потому что это все о скорости и возможности максимально быстро приблизиться к серийной детали. Возможность получить детали, близкие к свойствам производственного материала, — это невероятно», — говорит Вайнхоффер.

Skydio использует Rigid 4000 Resin за его баланс термостойкости, ударопрочности и прочности, а Tough 2000 Resin — за схожесть с литьевыми пластиками. Прозрачность Clear Resin незаменима на этапах инспекции, чтобы видеть, как проложены провода в дронах с большим количеством электроники. Для быстрого изготовления оснастки или функционального тестирования новых конструкций прокладок и уплотнений команды используют Elastic Resin или Durable Resin.

«Детали от Formlabs выглядят и ощущаются как цельнолитые. Возможность приблизиться к тому, какой деталь будет в производстве, действительно мощный инструмент. Распространите это на разные области, такие как подгонка и отделка — они дают нашим дизайнерам лучшее представление о том, как что-то будет работать, или ощутить вес чего-либо в руках, чтобы провести, например, тест на падение или полетные испытания прототипов. Они дают нам уверенность устанавливать их на летные испытания».

Эрик Вайнхоффер, старший специалист по разработке аппаратного обеспечения

Прочность важна как для испытательных приспособлений, так и для компонентов на самом дроне. Команда разрабатывает испытательные приспособления для компонентов дрона на принтерах Form 3+, чтобы воспользоваться преимуществами механической прочности Rigid 4000 Resin или ударопрочности Tough 2000 Resin.

На этапе радиочастотных (RF) испытаний при разработке дрона команда помещает детали дрона в безэховую камеру для измерения антенн, которая устраняет внешние радиоволны. Им нужно было прочное приспособление для крепления деталей на роботизированной поворотной платформе, но нельзя было использовать металл, так как он нарушил бы эксперимент. Вайнхоффер спроектировал и напечатал на Rigid 4000 Resin крепление для камеры, которое удерживало антенны в правильном положении для тестирования.

В RF (радиочастотной) камере 3D-печатные приспособления удерживают конечные детали в нужном положении. Металлические приспособления были бы дорогими и нарушили бы RF-тестирование, поэтому изготовленные по запросу 3D-печатные детали незаменимы, как эта, напечатанная на Rigid 4000 Resin. Фото: Skydio.

В другом случае команде нужно было найти способ прототипировать резиновые виброизоляторы внутри компании, но заказ различных вариантов мягких деталей у поставщиков был дорогим и долгим. Вдохновившись техническим документом Formlabs, команда разработчиков аппаратного обеспечения распечатала несколько мастер-моделей для форм, которые использовались для проверки способности виброизоляции нескольких различных конструкций.

«Самое большое преимущество, безусловно, — это набор материалов и их свойства».

Эрик Вайнхоффер, старший специалист по разработке аппаратного обеспечения

Простота использования повышает коэффициент использования

Дроны помогают службам общественной безопасности собирать информацию на местах катастроф или преступлений, сохраняя персонал в безопасности.

Энергетическое оборудование часто находится в труднодоступных местах, но дроны и продукты Dock от Skydio могут помочь компаниям инспектировать свою критическую инфраструктуру без необходимости присутствия оператора поблизости. Фото: Skydio.

Часть привлекательности Skydio для такого широкого круга отраслей и клиентов — их доступность и простота использования: автономный полет достаточно продвинут, чтобы избавить от волнений или тщательного планирования при развертывании. Правоохранительные органы могут сосредоточиться на сборе информации на месте преступления, а не на управлении дроном, а строительные конгломераты могут развернуть дрон и Dock для многолетнего проекта, не беспокоясь о пробелах в инспекциях. Вайнхоффер применяет ту же философию к 3D-печати: если технология не доступна, она не доказывает свою ценность в лаборатории. «Принтеры Formlabs настолько просты в использовании, и так много членов нашей инженерной команды имеют к ним доступ. Добавление еще нескольких Form 3+ и предоставление нашим инженерным командам одного-двух дополнительных дней, возможность двигаться быстро — это очень важно для нас», — говорит Вайнхоффер.

По мере того как Skydio расширяла свои продуктовые линейки и разрабатывала больше индивидуальных решений, 3D-печать стала больше, чем просто инструментом — она позволила командам разработчиков аппаратного обеспечения поддерживать головокружительную скорость разработки программного обеспечения.

Чтобы узнать больше о том, как 3D-принтеры, такие как Form 3+, позволяют производителям в аэрокосмической и оборонной отраслях оптимизировать рабочий процесс, выигрывать важные контракты и снижать затраты на производство и разработку, свяжитесь с нами.