Máy bay không người lái đã cách mạng hóa các ngành công nghiệp từ chụp ảnh trên không đến nông nghiệp và giám sát quân sự. Khả năng bay tự động và thu thập dữ liệu chất lượng cao của chúng phụ thuộc vào một loạt các cảm biến chuyên dụng. Các cảm biến này hỗ trợ điều hướng, ổn định, tránh chướng ngại vật, ghi hình ảnh và giám sát môi trường.

Khái niệm cơ bản về cảm biến gia tốc và con quay

1.1. Cảm biến gia tốc (Accelerometer)

Chức năng chính của cảm biến gia tốc là đo gia tốc theo 3 trục X, Y, Z, từ đó giúp thiết bị biết:

• Đang đứng yên hay đang chuyển động.
• Hướng và độ nghiêng của thân thiết bị.
• Tác động lực đột ngột như va chạm hoặc rơi.

Ứng dụng điển hình: Trong điện thoại, cảm biến gia tốc hỗ trợ tính năng xoay màn hình tự động. Đối với robot hoặc drone, nó giúp phát hiện thiết bị đang nghiêng hoặc thay đổi tốc độ di chuyển.

1.2. Cảm biến con quay (Gyroscope)

Cảm biến con quay đo tốc độ góc và hướng xoay. Nó cung cấp thông tin cực nhạy về chuyển động quay, cho phép hệ thống biết thiết bị đã xoay bao nhiêu độ và theo hướng nào.

Ứng dụng điển hình: Khi drone xoay ngang để quay toàn cảnh, cảm biến con quay sẽ kiểm soát tốc độ xoay, giúp hình ảnh mượt mà và không bị rung.

1.3. Mạch IMU (Inertial Measurement Unit)

Hầu hết ứng dụng hiện đại đều dùng IMU – một mô-đun tích hợp cảm biến gia tốc, cảm biến con quay (và đôi khi cả từ kế). IMU cho phép thiết bị định hướng 3D chính xác mà không cần phụ thuộc hoàn toàn vào GPS – điều cực kỳ hữu ích trong robot tự hành hoặc drone bay ở nơi tín hiệu GPS yếu.

Cảm biến độ cao

Cảm biến độ cao là một trong những công nghệ cốt lõi giúp drone hoạt động hiệu quả và an toàn. Với khả năng đo lường và duy trì độ cao chính xác trong suốt quá trình bay, cảm biến này không chỉ giúp drone tránh va chạm mà còn hỗ trợ người điều khiển duy trì kiểm soát tốt trong mọi tình huống.  

Cảm biến độ cao trên drone hoạt động dựa trên việc đo khoảng cách từ thiết bị đến mặt đất hoặc một bề mặt cụ thể. Các cảm biến này liên tục thu thập dữ liệu để điều chỉnh độ cao bay phù hợp theo từng điều kiện địa hình và môi trường xung quanh. Chúng hoạt động trong sự phối hợp với các hệ thống khác của drone để đảm bảo rằng thiết bị duy trì được độ cao an toàn và ổn định trong suốt chuyến bay.

Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của Cảm biến độ cao là giúp drone duy trì độ cao ổn định, điều này cực kỳ quan trọng đối với an toàn bay. Khi drone di chuyển qua các khu vực có địa hình thay đổi liên tục hoặc khi bay trong điều kiện thời tiết bất lợi, việc giữ độ cao cố định giúp tránh những nguy cơ tiềm ẩn như va chạm với mặt đất hoặc chướng ngại vật. 

Cảm biến độ cao cũng giúp drone giữ vững vị trí trong các chế độ tự động, như chế độ giữ độ cao, giúp người điều khiển dễ dàng hơn khi cần tập trung vào các thao tác khác như quay phim hoặc chụp ảnh.  Trong các chế độ như "giữ độ cao" hoặc "hạ cánh tự động", cảm biến này giúp drone duy trì độ cao đã cài đặt trước đó mà không cần sự can thiệp liên tục của người điều khiển. Điều này đặc biệt hữu ích khi drone bay trong những điều kiện mà người điều khiển không thể nhìn thấy trực tiếp hoặc khi drone đang thực hiện các nhiệm vụ tự động. Việc duy trì độ cao ổn định giúp đảm bảo rằng drone luôn bay ở độ cao an toàn, tránh được những tình huống rủi ro do lỗi điều khiển hoặc mất tín hiệu.

Ngoài việc đảm bảo an toàn bay, Cảm biến độ cao còn mang lại nhiều lợi ích khác trong các ứng dụng thực tiễn của drone. Đối với những người sử dụng drone để quay phim hoặc chụp ảnh từ trên cao, cảm biến độ cao giúp duy trì độ cao cố định, từ đó đảm bảo các cảnh quay được ổn định và sắc nét. Đặc biệt, trong các ứng dụng quay phim thương mại hoặc quay phim theo kịch bản, việc giữ độ cao chính xác là yếu tố quan trọng để tạo ra những cảnh quay hoàn hảo. Trong các ứng dụng khác như khảo sát địa hình hoặc kiểm tra cơ sở hạ tầng, cảm biến độ cao giúp drone duy trì độ chính xác cao trong việc đo lường và thu thập dữ liệu. Điều này giúp tối ưu hóa quá trình khảo sát và giảm thiểu sai số trong kết quả đo đạc.

Cảm biến LiDAR

Cảm biến LiDAR (Light Detection and Ranging) là một công nghệ tiên tiến được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm khảo sát địa hình, lập bản đồ 3D, và gần đây là được áp dụng trên drone. Trên drone, chúng đóng vai trò quan trọng trong việc chống va chạm, hỗ trợ định vị và nâng cao hiệu quả các nhiệm vụ bay tự động. 

LiDAR có nhiều ưu điểm khác nhau: từ khảo sát địa hình, lập bản đồ, quản lý tài nguyên rừng, nông nghiệp chính xác, đến các ứng dụng an ninh và giám sát. Tính linh hoạt này vượt trội hơn so với các cảm biến khác, vốn thường chỉ phù hợp cho một số ứng dụng cụ thể.

Một trong những ưu điểm nổi bật nhất của LiDAR so với các cảm biến khác như cảm biến siêu âm hay cảm biến quang học là độ chính xác cao. LiDAR có khả năng đo khoảng cách với độ chính xác đến từng milimet, giúp phát hiện và tránh các vật cản một cách hiệu quả. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như khảo sát địa hình, lập bản đồ đám mây điểm hoặc 3D và định vị trong không gian phức tạp.

Khác với các cảm biến quang học, LiDAR không bị ảnh hưởng bởi điều kiện ánh sáng xung quanh. Nó hoạt động tốt cả ban ngày lẫn ban đêm, và trong các điều kiện ánh sáng yếu hoặc phức tạp. LiDAR đã trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng bay vào ban đêm, trong nhà hoặc trong các môi trường có ánh sáng thay đổi liên tục.

Nhiều hệ thống LiDAR có khả năng quét toàn diện 360 độ, cung cấp thông tin chi tiết về môi trường xung quanh từ mọi hướng. Chúng giúp tăng cường khả năng phát hiện và tránh va chạm, cũng như hỗ trợ việc tạo bản đồ 3D chi tiết trở nên dễ dàng hơn. Trong khi đó, các cảm biến khác như siêu âm hoặc quang học thường chỉ có khả năng quét trong một phạm vi hẹp hơn và không thể cung cấp cái nhìn toàn diện.

LiDAR được coi là ”chiến thần” trong việc thu thập dữ liệu nhanh chóng bởi hàng ngàn tia laser được phát ra mỗi giây, hỗ trợ tốt cho các nhiệm vụ bay tự động và các ứng dụng yêu cầu phản ứng nhanh.

Kết luận

Drone không chỉ còn là đối tượng chơi đồ chơi hay công cụ nhiếp ảnh và quay phim. Nó đã mở rộng ứng dụng của mình vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong lĩnh vực nông nghiệp, drone được sử dụng để giám sát đất đai, theo dõi mùa vụ và đánh giá tình trạng môi trường. Trong y tế, drone được sử dụng để chuyển phẫu thuật dụng cụ y tế quan trọng hoặc thậm chí vận chuyển mẫu máu từ những khu vực khó tiếp cận.

Xu hướng phát triển của drone chỉ là khởi đầu. Công nghệ trí tuệ nhân tạo và máy học đang được tích hợp để làm cho drone trở nên thông minh hơn, có khả năng tự động hóa nhiều hoạt động. Các công ty nghiên cứu và phát triển liên tục đưa ra những cải tiến về pin, giảm trọng lượng và tăng cường khả năng chịu nước, mở ra những khả năng mới về việc sử dụng drone trong môi trường khắc nghiệt. Với sự gia tăng về quy mô sử dụng drone, xuất hiện nhiều thách thức về an sinh và đạo đức. Các vấn đề về quyền riêng tư, an toàn giao thông và ảnh hưởng đến môi trường đang là những điểm cần được xem xét cẩn thận để đảm bảo rằng drone được sử dụng một cách bền vững và tích cực cho xã hội.