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マイクロエアビークル（MAV）またはマイクロエアリアルビークルは、小型で持ち運び可能なUAVの一種で、そのサイズにより低高度での近接支援作戦に使用できます。[ 2 ]現代のMAVは5センチメートルほどの大きさで、ナノエアビークルと比較できます。開発は商業、研究、政府、軍事組織によって推進されており、将来的には昆虫サイズの航空機が期待されていると報告されています。 [ 3 ]この小型機は、危険な環境や地上車両ではアクセスできないエリアを遠隔で監視することを可能にします。愛好家は、空中ロボット競技や航空写真などの用途向けに MAVを設計しています。[ 4 ] [ 5 ] MAVは自律飛行モードを提供できます。[ 6 ]
2008年、オランダのデルフト工科大学は、カメラを搭載した最小のオーニソプターであるDelFly Microを開発しました。これは、2005年に始まったDelFlyプロジェクトの第3バージョンです。このバージョンは、長さ10センチメートル、重さ3グラムで、モデルとなったトンボよりわずかに大きく（そして騒音も大きい）です。カメラの重要性は、DelFlyが視界から外れたときに遠隔操作できる点にあります。ただし、このバージョンは屋内ではうまく機能するものの、屋外でのテストはまだ成功していません。以前のモデルであるDelFly IとDelFly IIの開発に参加したワーヘニンゲン大学の研究者David Lentink氏は、低エネルギー消費と多数のセンサー（目だけでなく、ジャイロスコープ、風速センサーなど）を備えた昆虫の能力を模倣するには、少なくとも半世紀かかるだろうと述べています。彼は、尾部がうまく設計されていれば、ハエサイズのオーニソプターは可能になるはずだと述べています。デルフト工科大学のリック・ルイシンク氏は、バッテリーの重量が最大の問題点だと指摘する。DelFly microに搭載されているリチウムイオンバッテリーは1グラムで、全体の重量の3分の1を占めている。幸いなことに、他の様々な商業分野からの需要により、この分野の開発は依然として急速に進んでいる。
ルイシンク氏によると、これらの機体の目的は昆虫の飛行を理解し、コンクリートの亀裂を通り抜けて地震の犠牲者を探したり、放射能汚染された建物を探索したりするなど、実用的な用途を提供することだという。諜報機関や軍も、このような小型機をスパイや偵察機として活用する可能性を見出している。[ 7 ]
ハーバード大学のロバート・ウッドは、わずか3センチメートルというさらに小型のオーニソプターを開発した が、この機体はワイヤーを通して動力を得ているため、自律飛行はできない。同グループは2013年に制御されたホバリング飛行[ 8 ]、2016年には様々な岩棚への着陸と離陸[ 9 ] （いずれもモーション追跡環境内）を達成した。
T -Hawk MAVは、ダクトファンVTOLマイクロUAVで、米国企業のハネウェル社によって開発され、2007年に運用が開始されました。このMAVは、米陸軍および米海軍爆発物処理部門によって、路肩爆弾の捜索や標的の検査に使用されています。この装置は、2011年の東北地方太平洋沖地震と津波の後、日本の福島第一原子力発電所に配備され、映像と放射能の測定を行いました。[ 10 ]
2008 年初頭、ハネウェルは、実験ベースで国内空域でgMAVと命名した MAV を運用するための FAA の承認を取得しました。gMAV は、このような承認を受けた 4 番目の MAV です。ハネウェルの gMAV は、揚力にダクト推力を使用するため、垂直離着陸とホバリングが可能です。同社によれば、「高速」前進飛行も可能ですが、性能数値は公表されていません。同社はまた、この機体は人が持ち運べるほど軽量であると述べています。元々はDARPAプログラムの一環として開発され、最初の用途はフロリダ州マイアミ・デイド郡の警察署になると予想されています。[ 11 ]
2010年1月、台湾の淡江大学（TKU）は、重量8グラム、幅20センチメートルの羽ばたき翼型MAVの飛行高度の自律制御を実現した。TKUのMEMS（マイクロ電気機械システム）研究室は数年前からMAVを開発しており、2007年には宇宙飛行力学（SFD）研究室が自律飛行MAVの開発研究チームに加わった。ほとんどのMAVには重すぎる従来のセンサーや計算装置の代わりに、SFDはステレオビジョンシステムと地上局を組み合わせて飛行高度を制御し、[ 12 ] [ 13 ] 10グラム以下の羽ばたき翼型MAVとして初めて自律飛行を実現した。
2012年、イギリス陸軍は歩兵作戦を支援するために、 16グラムのブラックホーネットナノ無人航空機をアフガニスタンに配備した。[ 14 ] [ 15 ]
現在、真のMAV（つまり、真にマイクロスケールの飛行機）は存在しないが、DARPAは翼幅7.5センチメートルのさらに小型のナノエアビークル（NAV）を開発するプログラムを試みた。 [ 16 ]しかし、DARPAの当初のプログラム仕様を満たすNAVは、2009年にAeroVironmentがDARPAの羽ばたき翼NAVの制御されたホバリングを実証するまで現れなかった。 [ 17 ]
MAVの開発の難しさに加えて、制御の問題に適切に対処している設計はほとんどありません。MAVのサイズが小さいため、地上管制官が100メートル以上離れたところから機体を見ることができないため、遠隔操作は実用的ではありません。地上管制官が機体を安定させ、操縦できるようにする機上カメラは、Aerovironment Black Widowで初めて実証されましたが、真のマイクロ航空機は、遠隔操作を可能にするほど強力な機上送信機を搭載できません。このため、一部の研究者は、完全自律型MAV飛行に焦点を当てています。そのようなデバイスの1つで、最初から完全自律型MAVとして設計されたのが、Robert C. MichelsonがDARPAの契約の下でジョージア工科大学で開発した、生物にヒントを得たEntomopterです。[ 18 ]
MAVは自律的に制御できるため、重要なテストと評価の問題が依然として存在します。[ 19 ] [ 20 ]実際の車両で遭遇する可能性のある問題の一部は、これらのモデルのシミュレーションを通じて対処されています。[ 21 ]
飛行時間の制限も、これらの機体が直面する制約の一つです。これは特に、重量が10グラム未満の機体で顕著であり、飛行時間は10分に制限されます。太陽光発電MAVは潜在的な解決策ですが、ペイロード容量と揚力発生と電力効率の間のトレードオフの悪さにより、その実現可能性は低下します。しかし、Shenら（2024）は、これらの制約を克服できる機体を発見し、それをCoulombFlyと名付けました。CoulombFlyは重量が4.21グラムですが、1時間の飛行が可能です。これは、「揚力から電力への効率が30.7 g W−1の高い静電駆動推進システムと、消費電力が0.568 Wの超軽量キロボルト電力システム」によって実現されています。[ 22 ]
MAVコミュニティの新たなトレンドは、飛翔する昆虫や鳥からヒントを得て、これまでにない飛行能力を実現することです。生物システムは、羽ばたき翼による不安定な空力特性を利用している点でMAVエンジニアにとって興味深いだけでなく、分散センシングと動作、センサー融合、情報処理などの他の側面でもエンジニアにますますインスピレーションを与えています。最近の米空軍の研究は、鳥のような止まり木機構の開発に焦点を当てています。鳥の爪からヒントを得た地上移動および止まり木機構が、最近Vishwa RoboticsとMITによって開発され、米空軍研究所の支援を受けています。[ 23 ]
2000 年以降、生物学者と航空ロボット技術者が集まるさまざまなシンポジウムが頻繁に開催され[ 24 ] [ 25 ]、このトピックに関する書籍も最近いくつか出版されています[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]。バイオインスピレーションは、複数の MAV システムの安定化と制御方法の設計にも使用されています。研究者は、魚の群れや鳥の群れの観察された行動からヒントを得て、人工的な MAV の群れを制御し[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]、渡り鳥の群れで観察された規則からヒントを得て、コンパクトな MAV フォーメーションを安定化させています[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] 。
{{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)最小限の機能で飛行できる最も軽量なプラットフォームは0.5g未満だが、研究者たちは昆虫サイズの飛行を夢見ている。しかし、既存の技術を小型化する際には多くの困難が生じる。
あらゆる証拠から判断すると、マイクロドローンをうまく操縦できるようになるのに必要な時間は、ヘリコプターや飛行機を操縦できるようになるのに必要な時間よりもはるかに短いようです。重要な理由の1つは、ほとんどのマイクロドローンに自律飛行モードが組み込まれていることです。