- โดรน VTOL ที่สร้างด้วยเครื่องพิมพ์ 3D บินได้สำเร็จ 130 ไมล์ (ราว 210 กม.) และนาน 3 ชั่วโมงต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง จนกลายเป็นหนึ่งใน VTOL ที่พิมพ์ 3D ซึ่งมีระยะบินและเวลาบินต่อเนื่องยาวนานที่สุดในโลก
- เริ่มต้นทั้งที่ไม่มีประสบการณ์ด้าน CAD, การพิมพ์ 3D หรือการออกแบบอากาศพลศาสตร์เลย และสามารถออกแบบ พิมพ์ ประกอบ และทดสอบบินได้ด้วยตัวเองภายในเวลาเพียง 90 วัน
- ใช้งานเครื่องพิมพ์ 3D Bambu A1 และวัสดุ foaming PLA เป็นครั้งแรก พร้อมผ่านการลองผิดลองถูกมากมาย ทั้งการจูนพารามิเตอร์ต่าง ๆ การปรับปรุงคุณภาพวัสดุ การจัดหาชิ้นส่วน และการแก้ปัญหาการสูญเสียกำลังไฟ
- รายละเอียดเชิงลึกของกระบวนการออกแบบ/สร้างในโปรเจ็กต์นี้ ยังเปิดเผยออกมาได้ไม่ครบเนื่องจากปัญหาเรื่องการตัดต่อวิดีโอและปริมาณงาน และมีแผนจะแชร์เคล็ดลับเพิ่มเติมหากมีคนสนใจ
- โปรเจ็กต์นี้ กลายเป็นกระแสอย่างมากหลังได้รับการอ้างอิงทวีตจากอินฟลูเอนเซอร์ในวงการอย่าง Reid Hoffman และเป็นประสบการณ์ที่มีความหมายอย่างยิ่งระหว่างการท้าทายตัวเองเพื่อพัฒนา eVTOL สำหรับใช้งานส่วนบุคคล
ภาพรวมและแรงบันดาลใจของโปรเจ็กต์
- โดรน VTOL (ขึ้นลงแนวดิ่ง) ที่ออกแบบและพิมพ์ขึ้นเองด้วยเครื่องพิมพ์ 3D บินต่อเนื่องได้ 130 ไมล์และ 3 ชั่วโมงด้วยการชาร์จเพียงครั้งเดียว
- เป็นการลงมือทำทั้งที่ ก่อนหน้านี้ไม่มีประสบการณ์ที่เกี่ยวข้องเลย ไม่ว่าจะเป็น CAD, การพิมพ์ 3D หรือการวิเคราะห์อากาศพลศาสตร์
- ใช้เวลาเพียง 90 วันในการทำทุกขั้นตอนด้วยตัวเอง ตั้งแต่การออกแบบ จัดหาชิ้นส่วน ประกอบ ไปจนถึงการบินทดสอบ
การลองผิดลองถูกและเส้นทางการเติบโต
- เครื่องมือและวัสดุเกือบทั้งหมด เช่น เครื่องพิมพ์ 3D Bambu A1 และวัสดุ foaming PLA ถูกนำมาใช้เป็นครั้งแรกในโปรเจ็กต์นี้
- ทักษะ CAD ก็เริ่มจากระดับที่ ทำได้เพียงสเก็ตช์พื้นฐานและการ extrude แบบง่าย ๆ ก่อนจะค่อย ๆ เรียนรู้ด้วยตัวเองจนสามารถออกแบบโครงสร้าง VTOL และทำการจำลองทางอากาศพลศาสตร์ได้
- ในแต่ละขั้นตอนต้องเผชิญอุปสรรคมากมาย ทั้ง การจัดหาชิ้นส่วน การปรับปรุงคุณภาพงานพิมพ์ และการแก้ปัญหาการสูญเสียกำลังไฟ จนได้สะสมประสบการณ์ภาคปฏิบัติจริง
กระบวนการออกแบบและผลิตเชิงลึกที่ยังไม่ได้เปิดเผย
- เนื่องจากข้อจำกัดด้านการตัดต่อวิดีโอและความยาวของคอนเทนต์ จึง ยังไม่ได้ครอบคลุมกระบวนการเชิงลึกทั้งหมด เช่น การเลือกพารามิเตอร์การออกแบบตัวลำ การออกแบบ CAD ของ airframe การจัดหาชิ้นส่วน การเพิ่มคุณภาพงานพิมพ์ และการวิเคราะห์การสูญเสียกำลังไฟ
- ผู้สร้าง ยินดีแบ่งปันความรู้เพิ่มเติมด้านการออกแบบ/การผลิตหากมีคนต้องการ
เสียงตอบรับจากชุมชนและเป้าหมายต่อไป
- โปรเจ็กต์นี้ ได้รับความสนใจอย่างมากจากทั้งวงการและชุมชน โดย Reid Hoffman ถึงกับอ้างอิงทวีตว่า “เมื่อก่อนคุณต้องมีพี่ชายกับโรงงานจักรยาน แต่ตอนนี้แค่มี toolchain ที่ถูกต้องก็พอ”
- จากประสบการณ์ครั้งนี้ ผู้สร้างตั้งใจจะ เดินหน้าท้าทายตัวเองต่อไปในการพัฒนา eVTOL สำหรับใช้งานส่วนบุคคล
- นี่คือข้อพิสูจน์ว่า แม้ไม่ใช่มืออาชีพ ก็สามารถพัฒนาโดรนหรืออากาศยานขั้นสูงได้ในยุคที่มีทั้งเครื่องพิมพ์ 3D ความรู้โอเพนซอร์ส และจิตวิญญาณแห่งการทดลอง
3 ความคิดเห็น
อืม เครื่องพิมพ์ Bambu ของผมตอนนี้ใช้พิมพ์แต่คอมโพเนนต์บอร์ดเกมอยู่..
foaming PLA คือฟิลาเมนต์ชนิดพิเศษที่ Bambu ตั้งชื่อว่า PLA Aero
ภายในจะเกิดฟองอากาศ ทำให้มีความหนาแน่นต่ำ/น้ำหนักเบาลงได้ ที่ปริมาตรเท่ากันจะมีน้ำหนักประมาณ 50%
ว้าว.. ถ้าขังไว้ 90 วันก็คงทำอาวุธออกมาได้เลยนะครับ 555
ความคิดเห็นบน Hacker News
ผมสงสัยเรื่องการเปรียบเทียบกับการออกแบบเฟรมโฟม ความสามารถในการคัสตอมและโครงสร้าง infill แบบไม่ทึบของชิ้นส่วนพิมพ์ 3D เป็นข้อดีชัดเจน ในแง่ความแข็งแรงเชิงโครงสร้าง เฟรมพิมพ์ 3D อาจไม่ดีเท่าคาร์บอนไฟเบอร์สำหรับควอดคอปเตอร์ แต่สำหรับปีกตรึงก็ดูเป็นทางเลือกแทนโฟมที่ค่อนข้างดี สำหรับควอดปัญหาเรื่องความแข็งจะเด่นมาก แต่ถ้าแค่ขึ้นลงแบบง่ายๆ เหมือนเครื่องนี้ก็ไม่ค่อยสำคัญนัก (ตราบใดที่ไม่ใช่การเร่งหรือการบังคับแบบสุดขั้วเหมือนโดรนสมรรถนะสูง) ถ้าใครอยากลอง ชิ้นส่วนที่ใช้ก็น่าจะเป็น COTS จีนทั่วไปที่ซื้อได้จาก Amazon และที่อื่นๆ ทั้งหมด เฟิร์มแวร์อย่าง ArduPilot ยอดเยี่ยมทั้งด้านความยืดหยุ่นและเสถียรภาพ แต่ UX ตอนตั้งค่านี่จัดว่าแย่มาก UAS เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่แทบทั้งหมดใช้ PX4
ผมใช้ single wall foaming PLA ซึ่งทนแรงกระแทกได้แย่และเปราะมาก ชนิดที่อ่อนกว่าแม้แต่ foamcore ถูกๆ, EPP, EPO เสียอีก มันเป็นปัญหาจริงตอนชนหรือกู้เครื่อง VTOL ลำแรกที่ผมเคยทำใช้ foamcore Readyboard ตกกระแทกยางมะตอยจากความสูง 12 ฟุตก็แค่ยุบตัว และไม่ต้องเปลี่ยนอะไรเลย ถ้าครั้งหน้าจะพิมพ์อีก ผมคิดว่าจะเพิ่ม dovetail หรือคลิปเพื่อเสริมความทนทาน อะไหล่อะวิโอนิกส์และระบบขับเคลื่อนใช้ COTS เพื่อให้จัดหาได้เร็ว แบตเตอรี่ Amprius ผลิตในสหรัฐ แต่ที่เหลือทั้งหมดมาจากจีน การใช้ Ardupilot เชิงพาณิชย์ก็กำลังเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แต่ UX มันก็ยังชวนงงอยู่ดี
วัสดุ PLA ทั้งหนักและเปราะ เลยเป็นตัวเลือกที่ด้อยกว่าโฟมมากสำหรับการบินโดรน แค่ลงจอดแรงนิดหน่อยชิ้นส่วนก็หักง่ายแล้ว พอเครื่องบินหนักขึ้น สมรรถนะการบินก็แย่ลงด้วย ถึงอย่างนั้นข้อดีก็คือชิ้นส่วนที่พังสามารถพิมพ์ใหม่ได้ทันที แค่นั้นก็ทำให้รู้สึกว่า PLA ยังมีคุณค่า ABS ทนกว่าและเบากว่า แต่เมื่อเทียบกับโฟมก็ยังหนักอยู่ดี และการพิมพ์ ABS ก็มีความจุกจิกของมันด้วย
ในระบบเชิงพาณิชย์ ผู้ผลิตเป็นคนขายงานที่รวมทุกอย่างมาแล้วและเก็บรายละเอียดจนเสร็จสมบูรณ์ ดังนั้น UX ตอนตั้งค่าที่ไม่เป็นมิตรจึงไม่ใช่ประเด็นใหญ่ เหตุผลหลักที่ UAS เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ใช้ PX4 คือความต่างด้านไลเซนส์และนโยบายการดูแลรักษา ArduPilot เป็น GPLv3 จึงเหมาะกับชุมชนและงานอดิเรกมากกว่า ส่วน PX4 เป็น BSD ผู้ผลิตเชิงพาณิชย์ไม่อยากเปิดซอร์สโค้ดส่วนที่คัสตอมเองของพวกเขา (ถึงจะไม่มีอะไรพิเศษก็มักไม่อยากเปิดเผยอยู่ดี)
ผมทึ่งที่มีการใช้เซลล์แบตเตอรี่รุ่นใหม่อย่าง Amprius SA08 แบตเตอรี่แพ็กราคาประมาณ 1,300 ดอลลาร์ แต่ตามที่ Batemo Cell Explorer แสดงไว้ มันมีความหนาแน่นพลังงานต่อน้ำหนักสูงที่สุดในตลาดตอนนี้
ผมบินภารกิจทำแผนที่ด้วยโดรนบนที่ดิน 200 เอเคอร์ ตอนนี้ใช้ dronelink กับโดรน DJI รวมแล้วใช้เวลาบินราว 3 ชั่วโมง และบินได้ประมาณ 35 นาทีต่อแบตเตอรี่ 1 ก้อน ผมมีแบตเตอรี่ 4 ก้อน ถ้าจะบินต่อเนื่องก็ต้องชาร์จให้ทันอัตราการใช้ (ถึงใช้แท่นชาร์จ 4 ช่องก็ยังชาร์จไม่ทัน) ถ้ามีโดรนปีกตรึงที่บินพื้นที่กว้างๆ พร้อมถ่ายภาพต่อเนื่องได้ ผมยินดีมาก แต่การประกอบเอง/เขียนโปรแกรมเองดูซับซ้อนกว่าการใช้โดรน DJI แบบสำเร็จรูปมาก อีกอย่างพื้นที่มีความต่างระดับเยอะและมีน่านฟ้าใกล้เคียงที่เข้าไม่ได้ การกลับลำก็เลยไม่ง่าย อยากขอคำแนะนำจากผู้เขียนหรือคนที่มีประสบการณ์ว่า สำหรับภารกิจแบบนี้ เครื่องปีกตรึงคุ้มค่าจริงไหม หรือซื้อแบตเตอรี่เพิ่มสำหรับควอดคอปเตอร์จะคุ้มกว่า
เป็นคำถามที่ดีมาก! ตอนนี้ยังไม่มี VTOL เชิงพาณิชย์ราคาต่ำกว่า 5,000 ดอลลาร์ที่บินต่อเนื่องได้ 3 ชั่วโมงแบบนี้ และก็หายากมากที่จะใช้ง่ายระดับ DJI ถ้าคุณอยากลองสาย DIY และพร้อมเรียนรู้การใช้ Ardupilot หรือ PX4 (ฝั่งนี้ง่ายกว่า) ก็อาจลองประกอบคิทอย่าง Heewing T2 VTOL ได้ แต่ถึงจะใช้แบตเตอรี่ความหนาแน่นพลังงานสูงใกล้เคียงกัน ก็น่าจะยากที่จะบินเกิน 2 ชั่วโมง
อย่าพยายามให้ลำเดียวทำทุกอย่างเลย แนะนำให้เอาโดรนสิบลำขึ้นพร้อมกัน จะได้ทำงานพร้อมกันและชาร์จพร้อมกัน
ถ้า 200 เอเคอร์จริงๆ ไม่ใช่ 4 ชั่วโมง แต่ใช้แค่ 20~25 นาทีก็ครอบคลุมได้ที่ความสูงบิน 120 เมตร และ overlap 75-65% Mavic 3 ก็ทำ GSD ได้ 3.5cm/px แนะนำให้โฟกัสที่การปรับ overlap กับความสูงบินให้เหมาะสม
โดรนปีกตรึง eBee X ดูจะเหมาะกับการใช้งานของคุณ
ถ้ามีเวลา คุณอาจเริ่มเข้าสู่โลกของการประกอบ FPV โดรนเองได้ เฟรม มอเตอร์ ESC คอนโทรลเลอร์ และทุกอย่างเปลี่ยนเองได้ทั้งหมด เมื่อเทียบกับ DJI คุณจะได้การควบคุมที่มากกว่าและความพึงพอใจที่มากกว่าเยอะ แต่ก็ควรคิดเรื่องเวลาที่ต้องลงทุนและความคุ้มค่าด้วย
ผมสงสัยว่าใช้มอเตอร์ควอดคอปเตอร์ทั้งสี่ตัวควบคุม yaw/pitch/roll ได้ทั้งหมดโดยไม่ใช้ control surface ได้ไหม ถ้าตัดเซอร์โวที่ไม่จำเป็นออกเพื่อลดน้ำหนัก จะชดเชยการกินแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้นได้หรือเปล่า
คำถามดีมาก ในช่วงครูซ การหมุนมอเตอร์ยกต่อเนื่องจะเสียประสิทธิภาพด้านพลังงาน ถ้ามีมอเตอร์ครูซหลายตัวอยู่ที่ปลายปีกเมื่อเทียบกับ CG ก็พอมีวิธีใช้แรงขับต่างกันเพื่อสร้าง roll ได้ แต่ไม่ค่อยมีใครทำเพราะปัญหาด้านประสิทธิภาพ น้ำหนักของเซอร์โวเป็นสัดส่วนเล็กมากเมื่อเทียบกับน้ำหนักทั้งลำ
แล้วจะคุม yaw ยังไงล่ะ
โปรเจกต์นี้น่าทึ่งจริงๆ อยากรู้ว่าคุณเริ่มต้นเรียนรู้ความรู้หรือทักษะที่ต้องใช้กับโปรเจกต์นี้อย่างไร และมีอะไรที่ต้องเรียนรู้ใหม่บ้าง อยากรู้ด้วยว่าคัสตอม Ardupilot ไปมากแค่ไหน และวิธีควบคุมโดรนมีความพิเศษอะไรหรือเปล่า
ขอบคุณ! การบิน hover, transition และ cruise ใช้การควบคุมมาตรฐานของ Ardupilot ทั้งหมด เฟิร์มแวร์คัสตอมแค่พารามิเตอร์และการจูน
Ardupilot เป็นซอฟต์แวร์ที่成熟มากจริงๆ HUD ในวิดีโอโดรนจำนวนมากจากยูเครนก็มักอิงกับ Ardupilot เกือบทั้งหมด สิ่งที่คุณคิดว่าน่าจะทำได้ ส่วนใหญ่ก็มักรองรับหมด ไม่ว่าจะเป็นเครื่องบิน เฮลิคอปเตอร์ VTOL speedboat หรือ yacht
ดูเหมือนว่า VTOL จะทำได้ด้วย Ardupilot มาตรฐานแทบไม่ต้องคัสตอมอะไรเพิ่มเลย
น่าประทับใจมากจนแทบไม่เชื่อว่าเป็นของที่มือสมัครเล่นทำขึ้น การแยกมอเตอร์สำหรับบินแนวตั้งและแนวนอนทำให้การออกแบบง่ายขึ้น แต่ก็มีปัญหาความไม่มีประสิทธิภาพ เพราะมอเตอร์แนวตั้งจะสร้าง drag มากตอนบินแนวนอน ถ้าขนาดใหญ่ก็อาจเป็นปัญหาได้ แต่ในอีกมุมหนึ่ง ถ้าพยายามทำให้มอเตอร์หมุนเอียงได้ น้ำหนักก็จะเพิ่มขึ้นและน่าจะทำให้ระยะบินลดลงแทน
จริงๆ แล้วความไม่มีประสิทธิภาพของคอนฟิกแบบนี้ไม่ได้มากอย่างที่คิด เพราะสามารถ sizing มอเตอร์และใบพัดสำหรับครูซได้อย่างเหมาะสม จึงได้ประโยชน์ด้านประสิทธิภาพที่ไม่เล็กน้อย แบบ tilt-rotor/wing/body ต้องให้มอเตอร์ครูซรับหน้าที่ยกด้วย ทำให้ตอนครูซมอเตอร์ไม่ได้อยู่ที่ rpm ที่เหมาะที่สุด การ hover ใช้พลังงานมากกว่าการ cruise ประมาณ 4~7 เท่า และในกรณีนี้มอเตอร์จะทำงานนอกช่วงที่เหมาะสม Archer CTO Munoz ก็เคยพูดถึงประเด็นนี้ต่อสาธารณะเหมือนกัน
Wing เองก็ใช้ดีไซน์ที่แทบจะเหมือนกันอยู่แล้ว น่าจะผ่านการวิเคราะห์และจำลองจนปรับเหมาะสมทั้งด้านต้นทุน ระยะบิน ความซับซ้อน และความปลอดภัยในหลายมิติ
[อ้างอิงการออกแบบของ Wing Aviation](https://en.wikipedia.org/wiki/Wing_Aviation#/media/File:Wing_delivery_Vuosaari_3.jpg)
ดีไซน์ DIY tilt-rotor VTOL มีหลากหลายมาก ขอนำ ตัวอย่าง tilt-rotor VTOL จาก Hackaday มาแชร์
การเพิ่มกลไก tilt-rotor สำหรับขนาดและเป้าหมายของโปรเจกต์นี้ ดูไม่คุ้มกับความซับซ้อนและน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น แต่ก็จริงที่ว่าการมีมอเตอร์/ใบพัดแยกต่างหากทำให้น้ำหนักและ drag เพิ่มขึ้น
ขอโปรโมตนิดหนึ่ง: Aliptera ใช้มอเตอร์ทั้ง 4 ตัวเป็น tilt-rotor พร้อมโครงสร้างปีกที่แปลกใหม่ ทำให้ในโหมดบินแนวตั้ง ปีกช่วยสร้างแรงยกด้วย จึงลดขนาดมอเตอร์ลงได้อีก และเพิ่มประสิทธิภาพตอนบินแนวนอนด้วย
เจ๋งมาก หวังว่าหลายคนจะได้แรงบันดาลใจให้ลงมือสร้างสิ่งที่ตัวเองชอบ “แค่ลงมือทำก็ได้ และเรียนรู้เอาระหว่างทางได้” ไม่ต้องมีใบอนุญาต วิชาเรียน ปริญญา หรืออาจารย์คอยชี้แนะอะไรทั้งนั้น
ประโยคที่ว่า “100 ปีก่อน ถ้าอยากเป็นผู้บุกเบิกการบิน คุณต้องมีพี่น้องและมีร้านจักรยาน ทุกวันนี้แค่มี toolchain ที่ถูกต้องก็พอ” น่าประทับใจมาก สิ่งที่ทำให้ลูปแปลงจินตนาการเป็นของจริง (imagination → reality) เร็วที่สุด ก็คือหมวดหมู่ที่ลูปนั้นมีอยู่แล้ว
ประทับใจมาก อยากรู้ว่า control surface สำคัญแค่ไหนในดีไซน์มัลติมอเตอร์
ผมสนใจงานประดิษฐ์มานานแล้ว แต่ยังไม่เคยลองทำจริง อยากให้มีแผนการสร้างแบบละเอียดและบทสอนที่เน้นมือใหม่ ผมพร้อมจะโดเนตให้โปรเจกต์นี้หรือสมัคร Patreon ด้วย