Slik holder dronene seg i lufta
Hobbydroner slik vi kjenner dem har først blitt mulige de senere år. Les om teknologien som gjør det mulig.
Droner: Ordet er definert som radiostyrt, førerløst fly til fotografering, rekognosering eller som artillerimål. Vi aner at definisjonen kommer til å trenge en oppdatering snart. Når du og jeg snakker om droner handler det som regel ikke om militære formål, og veldig ofte ikke engang om nyttige formål i det hele tatt. Det handler om lek. En lek som har blitt gjort tilgjengelig for mange gjennom moderne teknologi.
Førerløse og radiostyrte flyvende innretninger har i grunnen vært tilgjengelig i årevis. Men fjernstyrte fly og helikopter til hobbybruk, som regel uten kamera, har ikke blitt omtalt som droner så langt. Deres militære motstykker har hatt merkelappen siden de først ble tatt i bruk.
Les om minirobotene Jumping Sumo og Mini Drone fra Parrot.
Kvadrokopterne har eksistert lenge
Droner brukes til mye rart - blant annet til å titte på fyrverkeri innenfra.
Når vi snakker om droner til privatbruk snakker vi som regel om kvadrokopterne. Kjøpt ferdig bygget gir de som regel både videostrøm tilbake til kontrolleren, og en rekke avanserte muligheter. Det er ikke nødvendigvis alt dette som hører til i rimeligere utstyr, som da strengt tatt faller utenfor drone-begrepet. Like fullt kan det virke som om ordet drone er i ferd med å ta over også for disse.
Hvis du fikk med deg mannen som kræsjet en drone i en varm kilde i Yellowstone, dronen som deiset ned på plenen ved det hvite hus eller den som fløy gjennom nyttårsfyrverkeriet i Florida, var alle disse såkalte kvadrokoptere. Små droner med fire rotorer og mye elektronikk på innsiden.
Det mange av oss i dag bruker mest som leketøy har en lang historie i langt større størrelser. De første kvadrokopterne dukket opp i 1920-årene, men i sine tidlige utgaver var de hverken effektive eller spesielt enkle å kontrollere.
Få år senere dukket helikopterne opp, og kunne gjøre mye av det kvadrokopterne skulle kunne. Men forskning på andre flyvende innretninger som kunne ta av uten rullebane eller stå stille i luften stoppet ikke opp. Selv om helikopteret og tidlige kvadrokopter viser at det er fullt mulig å få denne typen tingester til å henge i lufta, har problemet med presis og enkel kontroll vedvart for mange av konseptene inntil ganske nylig.
Presisjon gjennom elektronikk
Til tross for enkelte problemer fikk vi også fly som kunne ta av og lande vertikalt ganske tidlig. Det britiske jagerflyet Harrier oppnår dette ved å styre luftdyser nedover, og dukket først opp i 1967, lenge før dagens elektroniske kontrollsystemer fantes. Ut fra det vi klarer å finne ut regnes flyet som svært vanskelig å håndtere mens det svever på kraften fra disse dysene, ettersom de kontrolleres manuelt.
Et annet velkjent fly, Bell Boeing Osprey, har vært i utvikling i mer enn tjue år, både fordi det holdt på å bli kuttet fra utviklingsbudsjettene ved flere anledninger, og fordi det var det første flyet som både kunne fungere som et torotors helikopter og et tomotors propellfly. Utviklingen ble påbegynt på tidlig åttitall, og flyene ble endelig satt inn i aktiv tjeneste i 2007. De ferdigstilte flyene har elektronikk som tillater flyet å gå fra helikoptermodus til vanlig flymodus helt uten at piloten er involvert i prosessen.
Også mer ordinære jagerfly, så som F16-erstatteren F35, er i dag så fulle av elektronikk at mye av selve jobben med å fly flyet ikke lenger hviler på piloten.
Så hvordan flyr kvadrokopterne?
De fire rotorene står for oppdriften. Det finnes også varianter med seks og åtte rotorer, men disse er ofte dyrere varianter som har en del løftekraft. De brukes gjerne til profesjonell videofangst med store, kostbare kamera hengende under seg. Alle varianter av disse farkostene omtales gjerne som multikopter. Den viktigste oppgaven her blir likevel den samme uavhengig av antall rotorer og formål. Nemlig å sørge for stabil flyvning, til tross for mange motorer som skal holdes styr på, og skiftende vindforhold.
Motorene som brukes er svært effektive børsteløse varianter, som kan oppnå hastigheter på flere titalls tusen omdreininger per minutt. For å sette dette i perspektiv – en vanlig harddisk spinner med rundt 7200 omdreininger i minuttet, vanlige driller opererer som regel med noen hundre omdreininger i minuttet, mens Dremel-liknende verktøy kommer opp i 30-40 000 omdreininger per minutt.
Motorene har en Kv-merking som forteller omtrent hvor mange omdreininger per minutt de kan oppnå om spenningen økes med én volt.
Hjernen i kopteret
Mellom disse motorene sitter hjernen. Den har en del til felles med mobiltelefonen din. Her kan det sitte et mangfold av ulike sensorer og trådløse tilkoblinger som brukes for å holde bøtteballetten i lufta. Avhengig av hvilken kontroller som er brukt kan større eller mindre deler av funksjonaliteten være plassert på hjelpekort ved siden av.
Motorene i et kvadrokopter trekker ikke helt likt til enhver tid, og en drone kan påvirkes både av vindforhold og egen påvirkning på luftrommet den henger i. På de multikopterne med flest rotorer kan hjernen også ta seg av kompensering for motorer som slutter å virke mens dronen er i luften.
For at kopteret ikke skal kreve konstant og knallhard konsentrasjon fra pilotens side, eller oppføre seg som en våryr katt på speed, må det først vite noe om sin egen orientering i verden. Det mest grunnleggende her er akselerometre og gyroskoper. Bygger du dronen din selv, kan du kjøpe relativt enkle kontrollerkort med disse funksjonene bygget inn.
Kort sagt kan vi si at et akselerometer vet hvilken retning tyngdekraften trekker i, altså hvor bakken er, mens gyroskopene merker alle endringer i orientering. De har altså litt overlappende oppgaver, men et gyroskop er langt mer presist enn et akselerometer og kan måle flere typer bevegelser.
Større kontrollerkort, og mange av de mer kostbare kommersielle dronene fra produsenter som DJI og Parrot har betydelig mer utstyr.
Får stadig mer informasjon
Det er nemlig ikke alle som nøyer seg med å vite hvilken retning bakken er i. Ved hjelp av barometriske høydesensorer kan dronen vite omtrent hvor høyt den er. Ved relativt lave høyder kan dette også oppnås ved bruk av ultralydsonar som peker ned fra midten av kopteret.
Ved hjelp av magnetometer, også kjent som digitalt kompass, kan dronen vite omlag hvilken retning den er på vei i. På toppen av det hele kan den være utstyrt med GPS. Dermed kan mange droner returnere til opprinnelig startsted om de går tom for strøm, eller om du rett og slett ikke gidder å fly den «hjem» manuelt. GPS-mottakere kan også bidra med høydeinformasjon, men er ikke kjent for å være presise til akkurat denne bruken.
I hobbydroner utgjør flight controller-kortet hjernen, men det er ikke alene om å holde dronen i lufta. Egne kontrollere kobles til dette kortet igjen, og gjør den praktiske styringen av motorene basert på utregningene fra styringskortet.
Kommunikasjonsenhet som snakker med mobiltelefonen eller fjernstyringen din hører også til, og kobles til styringskortet. Det finnes også egne kort for såkalt telemetri, som gir toveis datakommunikasjon mellom flygedingsen din og en mobiltelefon eller et nettbrett. Her kan du lese av en rekke ulike verdier, avhengig av hva dronen er i stand til å overvåke.
Ved siden av alt dette legges det til stadig mer elektronikk som skal holde styr på sekundærfunksjoner. Er du i markedet for en drone til nesten 30 000 kroner? I så fall har DJI den perfekte dingsen for deg. En karbonfiberfugl med maskinstyrt understell, og fullstabilisert 4K-kamera. Dingsen lyder navnet Inspire 1, og er kun den seneste i en rekke stadig mer avanserte droner fra selskapet.
Sekundærfunksjonene skal også styres
Felles for dronene som har denne typen utstyr montert, er at også kameraet må holdes stabilt på et vis. Dermed må disse ha mer prosesseringskraft, enten i form av heftigere kontrollerkort, eller separate kretser for kamera og stabilisering. Disse skal gjerne overføre video tilbake til piloten.
Resultatet av alt dette er at kopterne kan stå i ro i luften. Hvis de er godt nok motorisert kan de kompensere for ganske kraftig vind. De kan gjøre kontrollerte akrobatiske stunt av typen du neppe hadde hatt råd til å lære deg, med tanke på hvor mye utstyr du hadde tatt livet av i prosessen.
Nesten all denne teknologien har blitt miniatyrisert og kommersialisert i løpet av det siste tiåret. Før den tid var den tilgjengelig, men den var hverken liten nok eller billig nok til å tjene hobbyformålene vi bruker den til i dag.
Kopterentusiastene bytter haugevis av motorer, rotorarmer og propeller selv med all denne flyhjelpen. Dermed er dette allerede en forholdsvis dyr hobby, selv om hver enkelt reservedel ikke koster så mye. Uten sensorene, og utviklingen i programvare som holder styr på dataene, ville multikopterne for en stor del slått kollbøtter med en gang pilotens konsentrasjon sviktet.
Vurderer du å bygge din egen drone? Her kan du lære mer om hva som skal til for å lage din egen.
