マイクロドローン
2002年9月19日、更新 2002年9月21日
2005年6月18日更新
出典：
http://www.aerovironment.com/area-aircraft/prod-serv/bwidpap.pdf
インターネット上で、友人のクリストフ・タルディの紹介により、ミニドローンの開発を初めて知ったとき、私は驚きを禁じ得ませんでした。関心のある読者は、英語で書かれたPDF形式の記事「ブラックウィドウ・マイクロ航空機の開発」を参照できます。英語ではMAV（Micro Air Vehicle）と呼ばれます。このような機体の性能は、まさに「言葉を失う」ほどです。インターネット上では毎日、こうした新しい発見が次々と現れます。これらの装置は玩具のように見えますが、まったくの別物です。ブラックウィドウの翼幅は15cm。記事には2000年8月の試験結果が記載されており、すでに2年前のことです。最終目的は明らかに軍事的です。
ブラックウィドウ
これらの試験は、4年間にわたる開発プログラムの最終段階に位置しています。この機体の仕様は驚くべきものであり、以下の通りです。
- 翼幅：15cm未満
- 重量：100g未満
- 載荷量：12g
- 2gの搭載型ビデオカメラにより、カラー画像を遠隔で送信
- 機体速度：55km/h
- 飛行時間：30分
- 電気駆動、バッテリー駆動
- 通信範囲：2km
- 非専門家でも操縦可能な搭載型自動操縦装置。マイクロプロセッサによる飛行制御
- 飛行制御および無線通信管理システムの重量：5g
- 2つの方向舵に作用するマイクロモーター、水平尾翼および垂直尾翼の各部重量：0.5gずつ
1993年、ランド・コーポレーションが、飛行可能なマイクロマシンの実現可能性に関する調査を開始しました。軍事関係者は、昆虫のように飛行または這い回るサイズの機体の開発を検討しています。現代がナノテクノロジーの時代であることを考えれば、「ナノロボット」や「ナノ航空工学」の登場に驚く必要はありません。物体のサイズが理論的にどれほど小さくできるかの限界は、分子や原子のサイズにのみ存在します。1マイクロメートルほどの直径を持つ「ナノポンプ」を設計できる人にとって、数ミリメートルの機体は「巨大」に思えるでしょう。
この開発プログラムには、フロリダ大学やアリゾナ大学を含む複数の大学が参加しました。目標は、600m離れた標的に30gの荷物を届けること。機体は少なくとも2分間は空中に滞在できることが求められました。このプログラムの最終段階で、2000年8月に機体が成功裏にテストされ、以下の性能を達成しました。
- 重量：80g（…）
- 翼幅：15cm
- 直結式電動モーター（カーボンファイバー製。効率83％。モーター自体の効率は70％）
- 飛行時間：30分（…）
- 機体速度：55km/h → 理論的な飛行距離は27km、作動範囲は13km
- 1.8km（現在の作動範囲の限界）までデータを送信可能。16チャンネルで通信
- 飛行高度：250m。これは通常の運用高度であり、最大高度ではない
- ビデオ信号送信機重量：1.4g。カラー解像度：510×488ピクセル
- 送信機に必要な電力：550mW
- 送信信号出力：2.4GHzで100mW
- リモコンの動作周波数：433MHz
- 載荷量：12g
- 低コスト設計
リチウム電池は低コストであり、極めて信頼性が高い。飛行時間の9割は一定速度で行われるため、空力的最適化の問題が簡略化される。電動モーターの重量は7g。モーター・プロペラユニットは5000rpmで10gの推力を発揮する。50×50cmの風洞で実施された試験では、プロペラの効率が83％と測定されたが、コンピュータシミュレーションで予測された82％とほぼ一致した。翼は発泡スチロール製で、表面被膜および構造部材を接着して構成。表面被膜はケブラーやバルサ材を使用。飛行中のデータ収集・送信システムは16チャンネルに対応。ストレージモードでは、装置全体がスーツケースに収まる（ジェームズ・ボンドを連想させる）。
「ミニ航空機メーカー」（かつての模型飛行機製作者）は、この機体の形状に驚くでしょう。エアロフォイルも、非常に低い翼面比の翼もありません。その理由は単純です。航空性能よりも、機体のコンパクトさを最優先したためです（航空性能を高めるには、高い翼面比が必要）。尾翼の欠如は、純粋な航空的安定化機構を最小限に抑えるためです。この機体は、人間による操縦は不可能です。しかし、これは驚くに値しません。これは、アシスト制御や姿勢自動制御技術の進歩の結果です。人間の能力は、この分野では非常に限られています。感覚器の性能も低く、反応時間も長いためです。たとえば、図Aのように紙幣を手のひらに置き、それを放すと、受験者はその紙幣を捉えることができません。なぜなら、「紙幣が動いている」という信号を捉えてから、「手を閉じる」という指令が届くまでの時間よりも、紙幣が落下する時間の方が長いからです。
次の画像：高速で一定高度を維持する艇。人間による操縦は不可能。
C：10年前に友人が製作したロボット。当時のシンプルなPCで制御。自由度は2。移動台座にPVCパイプを設置し、ペタンクボールやグラスの詰まった皿を載せた。安定した位置に戻る速度は極めて速く、振動もほとんどない。ある程度の気流の乱れにも耐えうる。補足：このロボットは、ケーキにクレームで名前を書くための製菓業界向けに開発されたもの。誕生日ケーキの注文に応じ、「ハッピーバースデー、マーシャル」といったメッセージを、フォント選択も可能に。
支援が得られず、会社は10年前に倒産した（当然のこと：あまりにシンプルで安価だったため）。
あなた自身も、飛行機での旅行中に、人間が操縦できない、あるいは非常に不正確な機体に乗っていることに気づいていないでしょう。ボーイング747の水平尾翼の面積は、通常の航空機の主翼と同等です。航空安定モードでは、この水平尾翼は「揚力補正用」に機能し、主翼から生じるピッチングモーメントを相殺します。これは無駄に燃料消費を増加させます。この点を理解するには、私の漫画『アスピリスフール』（『もし飛べたら？』）をご参照ください。この作品は、15本以上のアドベンチャー・アンド・アンセルム・ラントゥルのシリーズを収録したCDに収録されています（JP・ピエット、ヴィラ・ジャン＝クリストフ、シャン・ド・ラ・モンタニエール、84120 パルティュ。送料込み）。
通常の翼が荷重を受けると、ピッチングモーメントが発生します。水平尾翼（尾翼）は、この……を相殺するための「揚力補正」を実行します。