Unikum har vært i kontakt med Øyvind Magnussen, en student på UiA campus Grimstad som har vist over middels interesse for droner, eller multirotorer som det kalles på fagspråket. Han har tatt dette videre i sin forskning med å utvikle et bedre verktøy med muligheter for fremtiden.
Kan du beskrive deg selv – interesser, bakgrunn, utdanning – og hva årsaken og bakgrunnen var for å begynne med dette arbeidet? Hva gjør at du brenner for akkurat dette?
– Fra jeg var barn har jeg hatt en stor fasinasjon av alt som flyr, dog ikke fugler og insekter. Dette gjorde at jeg tidlig begynte å fly modellfly.
– I 2003 begynte jeg på flystudiet ved UiA (den gang HiA), men hoppet over til mekatronikk da det viste seg at flystudiet ikke var helt slik jeg tenkte. Mekatronikk er mer teknologisk rettet, og jeg så fort at kombinasjonen av fagene var helt genial for å kunne utvikle kontroll- og styringssystem til fly og/eller helikoptre en gang i framtiden. Den gang var ikke multirotorer like allmenn kjent slik som i dag, og var noe jeg ikke visste om.
– Etter å ha fullført bachelor og jobbet i 3 år, var jeg tilbake på skolebenken for å ta en mastergrad i nettopp mekatronikk ved UiA. På dette tidspunktet var multirotorer på full fart inn og det dukket stadig opp info i media om disse. Masteroppgaven omhandlet en multirotor og diverse forsøk og eksperimentering på denne. Det var lite kunnskap om dette temaet på universitetet på dette tidspunktet, så vi var i utforskergruppa og brukte mye tid på hele systemet.
– Da det nærmet seg slutten på masterstudiet, søkte jeg om å få fortsette arbeidet på et PhD-studie. Etter at jeg begynte på UiA har lærdom vært noe jeg virkelig verdsetter. Så da ble det et veldig lett valg å ta da jeg ble tilbudt en plass som PhD-kandidat.
– På dette tidspunktet skjøt det meste fart. Fra å slite med å få multirotoren til å fly på masteroppgaven, ble alt nå etter noen modifikasjoner i kontrollsystemet veldig stabilt. Jeg benytter et eget kontrollsystem slik at jeg har full kontroll på systemet.
– Multirotorer, som quadcopter og hexakopter, har blitt veldig populære for hobbyentusiaster de senere årene, spesielt som kameraplattformer. Mye forskning og høy teknologisk utvikling har gjort dette mulig, da disse er så ustabile av natur at de trenger et kjapt kontrollsystem for i det hele tatt å kunne lette fra bakken.
– Hva mener du er dine beste egenskaper, og hvordan vil du kunne forbedre dagens droner? Hva betyr ordet designoptimalisering for deg?
– Jeg har stor systemforståelse, og jobber helst tverrfaglig. Jeg har utdannelse i mekatronikk som er en sammenblanding av flere fagområder. I dag er det ikke noe verktøy der ute som hjelper til i en byggeprosess, i hvert fall ikke som jeg vet om, og jeg har søkt mye. Kunden må i dag se hva som er tilgjengelig og kjøpe det som passer kravet best. Egentlig burde situasjonen vært snudd på hodet, slik at kunden kom med krav, og produsenten laget en multirotor ut ifra kravene. Det vil si at man setter sammen komponenter for så å se hvilke egenskaper man får, framfor å starte med ønskede egenskaper og velge komponenter ut ifra dette. Så hvilken propell, motor og batteri skal man velge for å få ønsket flyegenskap? Bør man gå for fire propeller, eller er seks et bedre valg? Eller kanskje åtte? På grunn av svært mange komponenter å velge mellom, har denne prosessen ofte vært baklengs. Valg av komponenter er helt avgjørende for hvilke egenskaper multirotoren får. Det er dette jeg har jobbet med i PhD-studiet mitt; hvordan finne optimalt design for en gitt oppgave.
Hva er den største forskjellen på en multirotor og det mer tradisjonelle helikopteret?
– “Multirotor” er et fellesord for mer kjente tricopter, quadcopter/quadrotor/quadrocopter, hexacopter og octocopter. Hva som er riktig benevnelse, vet jeg ikke.
– Det som skiller multirotoren markant fra et helikopter, er den enkle konstruksjonen. En multirotor består hovedsakelig av ei ramme (et kryss), som ofte er laget av plast, aluminium, karbon eller tre. I hver ende av ramma er det fastmontert en motor, med en propell rett på motorakslingen. Så lenge det ikke er snakk om “leketøy”, men er rettet mot hobby, er det nesten alltid snakk om børsteløse motorer. Disse motorene har ingen slitedeler, og passer derfor godt inn i det konseptet som multirotoren er basert på; enkelt og robust. Et helikopter har til sammenlikning mange bevegelige deler og er nokså komplekst sammensatt. Det eneste som beveger seg på multirotoren, er motorene. Dette gjelder så lenge man snakker om den mest vanlige formen for multirotorer, nemlig de med parvise antall motorer. Trikopter er litt mer komplisert, men bør kanskje ikke nevnes. Den mest brukte er quadcopteret, og det er den jeg vil forklare.
– Desto høyere hastighet en propell roterer med, desto høyere skyvkraft produserer den. Men i tillegg til å lage skyvkraft for å løfte quadcopteret, så genererer også propellen et moment som vil prøve å rotere quadcopteret. Dette gjelder også for helikoptre. På helikopteret kompenserer man for denne rotasjonen med halerotoren. Uten halerotoren ville helikopteret rotert motsatt retning av propellen. Et quadcopter har ikke en slik halerotor, men løser dette på en annen måte. Ser man på propellene, så ser man at ett propellpar roterer motsatt vei av det andre paret. Når de roterer motsatt vei, prøver de å rotere quadcopteret motsatt vei, slik at summen av momenter som prøver å rotere er null, og det står stille. Dersom man ønsker å rotere, kan man bare øke skyvkraften på et motorpar og redusere det andre paret. Da vil løftekraften holdes konstant, men den vil rotere.
– Hvordan tror du fremtiden vil kunne endre seg hvis flere tar i bruk droner i det offentlige og private?
– I fremtiden vil disse bli mer og mer brukt, ikke bare som en hobby, men i reelle oppdrag både i privat og offentlig næringsliv. De vil være med på redningstokter, søk etter mennesker i ulendt terreng, inspeksjon av høyspentledninger etc. Ulike oppgaver krever forskjellige egenskaper. De har noen fordeler, som å stå stille i lufta samt være robuste, men de har også en del svakheter. De kan ikke fly langt, i hvert fall ikke i forhold til et fly. De kan heller ikke fly fort. Skal man bare filme over et område, er luftballong også et alternativ som gir langt lengre flytid. Ved bruk i inspeksjoner er lang flytid ønskelig, søk i ulendt terreng krever mer akrobatiske evner, mens redningstokt krever at de er i stand til å løfte for eksempel førstehjelpsutstyr.
– Jeg føler ofte at multirotoren (droner) er “hypet” litt for mye. Selv om det har tatt helt av i det siste, burde ikke “multirotoren” alltid vært det foretrukne valget. Men uansett hva man velger, tror jeg droner vil være behjelpelige for oss på mange måter. De koster en brøkdel av hva det koster å leie et helikopter. Med lav pris trenger man ikke sende ut bare én drone – man kan få flere til å spille sammen på lag. Tenk hvor fort et søk vil gå over et gitt område dersom man slipper ut en horde av droner med sensorer beregnet på søk (varme, radiosignal etc).
Hva jobber du med nå, og hvordan ser du for deg fremtiden?
– Jeg fullførte en doktorgrad 11. august i år om dette temaet. Nå er jeg ferdig, og er ansatt på Marintek i Trondheim. Marintek er mer rettet mot båter og offshore-konstruksjoner, inkludert vindmøller og plattformer. På Marintek utvikler jeg kontroll- og styringssystemer for båtene, og andre maskiner og roboter vi har i laboratoriet. Det er en veldig utfordrende jobb, som byr på det meste innen mekatronikkfaget som jeg har studert i 8 år på UiA; bachelor (3), master (2) og doktor (3). Det er ikke så mye hos oss som foregår oppe i lufta, kan man si, men hvem vet, kanskje jeg får lage noen droner som flyr rundt og knipser bilder…
– Jeg har ikke noen konkrete fremtidsvisjoner angående multirotorer, akkurat. Men ettersom jeg har brukt mye tid av doktorgraden min på å utvikle et program hvor man kan oppgi ønskede spesifikasjoner på en multirotor, for så å få PC’en til å velge komponenter og antall motorer/propeller, hadde det vært artig å få fullføre denne jobben slik at det blir et verktøy for flere. Nå virker dette programmet kun på PC’en min, og er ikke akkurat brukervennlig for Ola og Kari.
– All programvare i kontrollsystemet er utviklet selv, men ikke den fysiske enheten. Dette ble utviklet i starten av doktorgraden min. Programmet leser data fra fjernkontrollen, leser sensordata fra akselerometer og gyro, og estimerer vinklene til multirotoren (man bruker ordet “estimere” da man ikke kan måle vinklene direkte). Måten å estimere vinkler på har jeg kommet fram til som en del av doktorarbeidet mitt. Det er mye turbulens rundt propellene, så de vil aldri kunne ha helt lik skyvkraft til enhver tid. I tillegg er det andre faktorer som spiller inn, slik som vind, vibrasjoner av motor/propell osv. Til sammen gjør dette at de ikke kan flys uten hjelp. En tommelfingerregel sier at man må gi nytt signal til motorene 150 ganger i sekundet for å kunne fly en multirotor, og det sier seg selv at vi mennesker ikke er i stand til dette. For en liten datamaskin som er på kontrollbrettet er dette en smal sak. Selve reguleringen, den som bestemmer hvor mye motorkraft hver motor skal få, er også selvgjort. Men dette er en mer eller mindre standard metode som de fleste benytter seg av. For de teknisk interesserte kalles det PID-regulator.
– Vi er noen som stadig kommer med ideer til jobber som kunne blitt løst med en multirotor, men det gjenstår å se om vi engang etablerer en bedrift rundt dette. Jeg har samboer og to barn, så jeg er avhengig av sikkerhet i økonomien. Men at det er en stor drøm, er det ingen tvil om! Og snakker du med venner og bekjente av meg, så får du nok høre at jeg ofte oppfyller mine drømmer…
Tekst: Glenn Hausland – Send mail
Foto: privat – Send mail
