Drony navrhnuté v systéme CAD zachraňujúce život

Ak by ste žili na odľahlom mieste na tejto planéte, pravdepodobne by ste nemali prístup k základným zdravotníckym produktom, ako je krv a vakcíny. Spoločnosť so sídlom v Silicon Valley navrhuje spoľahlivé bezpilotné lietadlá pomocou softvéru NX CAD a potom ich vyrába a prevádzkuje tak, aby dodávali produkty na záchranu života vo vidieckych oblastiach rýchlejšie a spoľahlivejšie ako kedykoľvek predtým.
Drony navrhnuté v systéme CAD zachraňujúce život

Počas návštevy Tanzánie sa zrodil koncept lietajúcich bezpilotných lietadiel, ktoré pomáhajú ľuďom žijúcim v inak neprístupných častiach krajiny so zásobovaním zdravotníckym materiálom. Výskumník Zdravotníckeho ústavu Ifakara ukázal Keenanovi Wryobekovi, ktorý sa neskôr stal spoluzakladateľom spoločnosť Zipline International Inc., zbierku prípadov, v ktorých lekári z tanzánijského vidieka nemali to, čo potrebovali na liečbu pacientov. K. Wryobek sa dozvedel, že medicínske potreby nie sú lekárom v Tanzánii rovnako prístupné ako v USA a že nedostatok adekvátnych krvných zásob spôsobil úmrtie viacerých pacientov. Zistil, že aj niečo tak zdanlivo obyčajné ako lokálne antibiotiká na liečbu poranení neboli ľahko dostupné.

K. Wyrobek bol obzvlášť zasiahnutý príbehom tanzánijského tínedžera, ktorý mal na ramene menší škrabanec. Keďže nedostal včas potrebné antibiotikum, miesto sa infikovalo. Namiesto toho, aby sa infekcia okamžite liečila, rozšírila sa tak, že časť ramena tohto mladého chlapca musela byť amputovaná. „Lekár dokáže veľmi jednoducho zachrániť život mamičke pri pôrode, ktorá krváca, pomocou krvnej kozervy,“ hovorí K. Wryobek, vedúci oddelenia produktov a inžinieringu spoločnosti Zipline. „No ak tú krvnú konzervu nemáte, je koniec.“

Na čom záleží

„V mojej kariére som sa musel venovať niekoľkým veľmi dôležitým projektom, pri ktorých sme nikdy neprišli na to, ako ich prispôsobiť. Pracoval som aj na mnohých projektoch, na ktorých naozaj nezáležalo, ale predali sa úplne šialene. Chcel som nájsť niečo, na čom záleží, čo by sme mohli prispôsobiť,“ pokračuje K. Wyrobek. V roku 2016 spoločnosť vyvinula a vyrobila spoľahlivé bezpilotné lietadlá s veľkým doletom a presnosťou a uviedla na trh zdravotnícky systém dodávajúci lieky, ktorý pôsobí v Rwande, vo vnútrozemskej východnej Afrike.

„Systém prvej generácie lietadiel a logistiky nám umožnil vytvoriť prvú a jedinú službu doručovania pomocou dronov na svete, ktorá každý deň pomáha zachraňovať životy v Rwande,“ hovorí generálny riaditeľ spoločnosti Zipline Keller Rinaudo. Od spustenia služby v Rwande uskutočnila spoločnosť Zipline vyše 7 000 dodávok viac ako 13 000 krvných konzerv vrátane tisícok núdzových dodávok.

Záchrana života dodaná do 30 minút

Pri rýchlosti nad 100 kilometrov za hodinu prichádzajú produkty rýchlejšie ako ktorýmkoľvek iným druhom dopravy a navyše bez potreby pilota. Dosah lietadla je 80 km servisného okruhu, pričom dokáže prepraviť až 1,75 kg nákladu. Za menej ako 30 minút sa špeciálne objednané liečivá dodávajú opatrne padákom na určené miesto s veľkosťou niekoľkých parkovacích miest. „Našou úlohou je vytvoriť lietadlo, ktoré bude fungovať za všetkých poveternostných podmienok a dokáže pokryť požadovanú vzdialenosť, pričom sa musia zohľadniť aj nepredvídané problémy,“ hovorí K. Wryobek.

Optimalizovaný dizajn

Digitalizácia je kľúčovou súčasťou procesu navrhovania dronov v spoločnosti Zipline. Počas svojich prvých rokov spoločnosť používala nákladovo efektívny návrh podporovaný počítačom (CAD), ale čoskoro si uvedomila obmedzenia, pokiaľ ide o praktické aplikácie. Inžinieri potrebovali riešenie s ďalšími funkciami, ktoré by mohli automatizovať určité úlohy a umožniť interakciu s ich databázou CAD. V rámci nového riešenia chceli technici doplniť aj nejaké prídavné moduly.

Rýchly a spoľahlivý proces návrhu

„Intenzívne sme pracovali na prechode spoločnosti na systém NX,“ spomína Scott Parker, strojár v spoločnosti Zipline. „Pri takomto lietadle je dôležité zistiť, či vaša časť zapadá do zvyšku lietadla. V CAD-e, ktorý sme používali v minulosti, by to bolo viachodinové trápenie. S NX to stačí načítať. Všetko je rýchle a nerobíte chyby.“

„Keď sa tím troch inžinierov rozrástol na deviatich členov, potrebovali sme, aby na drone pracovalo súčasne viac ľudí,“ vysvetľuje Paul Perry, strojár v spoločnosti Zipline. „Lietadlo spája viaceré vedné disciplíny: elektrotechniku, strojárstvo, výrobné inžinierstvo a samozrejme letecké inžinierstvo,“ dodáva K. Wryobek. „NX je mocný nástroj, ktorý všetky tieto disciplíny spája.“

Tento CAD nástroj umožňuje spoločnosti Zipline tiež určiť polohu kritických častí, kde treba použiť vysoko kvalitné materiály pre letectvo v porovnaní s inými oblasťami, kde možno použiť plast alebo penu na dosiahnutie rovnakej pevnosti konštrukcie a mechanickej funkčnosti pri nižších nákladoch a hmotnosti.

Zníženie hmotnosti je nevyhnutné

Vzhľadom na množstvo zdravotníckych potrieb, ktoré musia drony nosiť, je mimoriadne dôležité testovanie hmotnosti. Každý ušetrený kilogram zvyšuje dosah lietadla o päť percent. Používanie nástroja NX Journal umožňuje spoločnosti Zipline vytvoriť vlastný zoznam materiálov zdola nahor, ktorý poskytuje podrobné informácie o raste hmotnosti, čo im pomáha optimalizovať lietadlo. Schopnosť rýchlo vykonať analýzu hrúbky alebo namáhania s cieľom znížiť hmotnosť umožňuje Zipline ušetriť dlhý iteračný a testovací čas. „Väčšina optimalizácie, ktorú robíme na drone, sa zameriava na konštrukčné a tepelné prvky," hovorí P. Perry. „Hmotnosť je jednoznačne najdôležitejšou premennou, ktorú obvykle optimalizujeme, takže konštrukčná optimalizácia nám umožňuje znižovať hmotnosť pri súčasnom zachovaní našich cieľov v oblasti tuhosti a pevnosti.“

Virtuálne skúšobné lety

Pred tým ako sa dron vyrobí, prebehne niekoľko simulácií. Počas týchto skúšobných letov vo virtuálnom svete môže Zipline simulovať napríklad tepelné vlastnosti batérie počas letu alebo teplotné charakteristiky dronu v klimatických podmienkach Rwandy, ktoré sa výrazne líšia od podmienok v oblasti zálivu.

Vyrobiteľnosť a udržiavateľnosť

Drony Zipline sú od základov navrhnuté tak, aby boli jednoducho vyrobiteľné. „Uľahčujeme montáž,“ hovorí Sam Chaknova, výrobný technik v Zipline. „Potrebujeme tiež, aby drony vyžadovali minimálnu a jednoduchú údržbu. Vďaka tomu ich dokážeme veľmi jednoducho opraviť a udržať v prevádzke a zachraňovať tak životy.“ Jeho kolega Jeremy Schwartz, robotik v Zipline, dodáva: „Tu v Kalifornii vykonávame testy a v Rwande dodáva dron krv niekomu, kto ju potrebuje. Zachraňujú sa tak životy a keď si to tak zoberiete, je to neuveriteľná vec.“

Zdroj: Lifesaving drones designed with CAD software. [online]. Publikované 8. 3. 2019. Citované 27. 7. 2019. Dostupné na: https://new.siemens.com/global/en/company/stories/industry/lifesaving-drones-designed-with-cad-software.html.