Pasi Hakasaari
Dronejen käyttö on yleistynyt hurjasti, ja koko ajan keksimme niille uusia käyttösovelluksia. Markkinoilla on jo paljon laitetarjontaa, varsinkin kuvaamiseen soveltuvista droneista. (Alvarado 2022.) Jos dronen käyttökohde onkin jokin muu kuin kuvaaminen, voi esimerkiksi yrityksen toimialalle soveltuvan laitteen löytäminen olla haasteellista. Yksi tapa olisi muokata kaupallista dronea, esimerkiksi ostaa tai valmistuttaa siihen sopivia lisävarusteita. Tämä ei aina onnistu, koska usein kuvausdronet on suunniteltu vain kuvaamiseen, josta ne suoriutuvatkin yleensä erittäin hyvin.
Suunnittelua ja selvitystyötä
Jos sopivaa drone-aihiota ei valmistajilta löydy, tulee mieleen voisiko sellaisen tehdä itse. Dronen rakentaminen tyhjältä pöydältä ja siihen sopivien komponenttien hankinta, itse rakentaminen sekä lopputestaus vaativat lukuisia työtunteja. Kannattaa miettiä, onko tosiaan aikaa, osaamista tai edes fyysisiä työkaluja oman dronen valmistamiseksi. Aihe kyllä kiinnostaa, mutta olisiko olemassa mitään kurssia, tai pitäisiköhän kysyä apua naapurilta – hänhän on joskus harrastellut lennokkeja.
Kun päätös oman dronen rakentamiseksi on tehty, alkaa hahmottelu, mikä on tulevan uuden dronen käyttötarkoitus, sen mahdollinen tuleva fyysinen muoto, koko ja paino, lentotehtävään tarvittava lentoaika, paljonko on budjetti yms. Dronen lisäksi tulisi huomioida mm. payload-kuormattavuus ja sen muokattavuus yrityksen tuleviin käyttötarkoituksiin.
Kun edellä mainitut asiat on saatu pääpiirteittäin selvitettyä, alkaa varsinainen mekaaninen suunnittelu- ja selvitystyö. Minkälainen runko ja mistä materiaalista? Mitkä sähkömoottorit, säätimet ja potkurit, akut sekä niiden kemiallinen koostumus, lennonohjain ja gps, telemetria ja muut datayhteydet, radiolaitteet, payload-kiinnikkeet, laturit yms.? Näiden kaikkien mekaanisten komponenttien tulisi vielä olla ruuvattavissa, liitettävissä ja liimattavissa yhteen ilman tuskaa. Nettivideoita katsoessa kaikki näyttää sujuvan mallikkaasti, mutta oma unboxing-kokemus voi olla karu (KUVAT 3 ja 4). Upouuden, täynnä eri valmistajien elektroniikkaa olevan dronen tulisi myös lentää turvallisesti haastavissa olosuhteissa pelkästään yhteensopivien protokollien, väylien ja signaalien avulla (KUVA 1). Sittenhän pitää ottaa huomioon drone-säädösasiat, joiden mukaan tulee tietenkin sujuvasti ilmailla.
Yksi drone ja lähes sama määrä käyttötarkoituksia
Dronea suunniteltaessa ja kehitettäessä havaitaan usein, että yksi drone ei voi soveltua jokaiseen yrityksen tulevaisuuden työtehtävään. Hyötykuormaa kasvatettaessa dronen fyysinen koko yleensä samalla kasvaa, ja se ei välttämättä sovikaan enää lentämään ketterästi ahtaisiin kohteisiin. Toisaalta lentotehtävän pidentyessä akkujen kokoa joudutaan kasvattamaan ja tämä joudutaan vähentämään hyötykuormasta riittävän moottoritehon takaamiseksi. Lisäksi säännöksien takia tietyillä alueilla ei voida lentää isommilla droneilla ilman erityislupia. Myös työskentely-ympäristön ja lento-olosuhteiden vaihtelevuus tuo haastetta yhden täydellisen yleisdronen suunnittelulle.
Ennen lennokit puuta ja vähemmän rautaa
Ennen dronen yleistymistä ammattikäytössä radio-ohjattavat lennokit olivat yleensä puusta harrastevoimin rakennettuja. Puu on edelleen lujuuden ja painon suhteen erittäin hyvä materiaali ilmailukäyttöön, mutta ei välttämättä enää paras. Monimoottorinen hiilikuitu-drone on useammin lähempänä työkalua kuin tekijänsä kädentaitojen näyte. Ennen lennokit sisälsivät vähän elektroniikkaa ja muuta mekaniikkaa. Lennokit saatiin lentämään hienosti höylän ja hiomapaperin avulla; nykyään hienosäätö hoituu läppärin ja netin ääressä istumalla. Nopeasti laskettuna nelimoottorinen perus-drone sisältää tuplamäärän elektronisia ja mekaanisia pääkomponentteja perinteiseen radio-ohjattavaan lennokkiin verrattuna. (Ardupilot ground control software.)
Ennen myös komponenttimarkkinat olivat pienemmät ja osat kalliimpia. Toisaalta komponentit olivat ehkä paremmin standardisoituja ja jopa jossain määrin laadukkaampia. Esimerkkinä voidaan mainita perinteinen vakiokokoinen ohjausservo, joka 1990-luvulla maksoi noin 40 euroa kappale – nykyään se sama tuote maksaa alle 10 euroa. Dronen komponenttimarkkinoilla on ollut selkeästi havaittavissa kaksi kehityssuuntaa: ammatti- sekä harrastekäyttö. Tämä käy osittain ilmi mm. laadussa ja hinnoittelussa. Ammattilaisille tarkoitetuissa osissa saatavuutta, elinkaariajattelua ja ehkä toimintavarmuuttakin on pohdittu enemmän. Joskus tosin herää kysymys, kuinka paljon ammattilaisille ja maksukykyisille yrityksille suunnattujen dronejen ja osien hinnat sisältävät drone-hypestä johtuvaa lisää.
Villit markkinat
Dronen komponenttien kirjo markkinoilla on valtava, ja sopivien osien löytäminen voi olla erittäin työlästä. Vaihtoehtona kotimaan osamarkkinat ovat pienet, jälleenmyyjiä on vähän eikä kotimaisia drone-osia juuri merkittävissä määrin valmisteta. Kansainvälisistä verkkokaupoista kyllä löytyy, mutta osien pitäisi olla laadukkaita ja kytkettävissä toisiinsa, ja varaosien saatavuuskaan ei olisi huono ominaisuus. Edullinen hankintahinta voi johtaa siihen, että hankitaan komponentteja, joiden ilmoitettu suorituskyky ei vastaa todellisuutta. Tällaisia komponentteja voivat olla esim. dronen moottorit, potkurit tai akut. Vasta koelennoilla havaitaan, että moottorien nostovoima ei vastaa valmistajan ilmoittamia arvoja tai akulla saavutettava lentoaika ei vastaa omia laskelmia. Drone-maailma ei ole myöskään välttynyt piraattiosien olemassaololta. Tarkkana saa olla, kun hakukonehaut ja verkkokaupat ovat pullollaan edullisia klooneja.
Drone-osien kehitystahti on valtava, ja jo pelkän ajantasaisen ohjekirjan löytäminen voi joskus olla haasteellista. Alan nopea kehitystahti aiheuttaa usein myös laatuhaasteita. Markkinoille tulee tuotteita, joita ei ole testattu loppuun. Asiakkaasta tehdään osa testausverkostoa ja havaittuja vikoja yritetään korjata erilaisilla firmware-laastareilla. Ohjekirjaa parempi apu ovat usein erilaiset drone-aiheiset keskustelufoorumit, joissa pilotit tuskailevat samojen ongelmien kanssa. Jos jää odottamaan tuotteen viimeisimmän, kaikki mausteet ja päivitykset sisältävän kehitysversion saapumista verkkokauppaan, sitä ei ehkä koskaan tule ja sekin ostos jää täten kokonaan tekemättä.
Ekologisuus ja toimitusketjut
Drone-komponentit tulevat pääasiassa Aasiasta, kuten lähes kaikki muukin käyttämämme kulutuselektroniikka. Elektroniikan lisäksi Aasiassa valmistetaan iso osa droneissa käytettävistä hiilikuitukomponenteista sekä niiden raaka-aineista. (Mordor Intelligence.) Drone-osien toimitusajat ovat yleensä pitkiä, mikä harmittaa etenkin varaosia hankittaessa kesken kiivaimman lentokauden. Eurooppalaiset jälleenmyyjät ovat tosin laajentaneet valikoimaa, ja verkkokauppojen varastosaldotkin ovat nykyään useimmiten plussalla. Englanti on ollut kautta aikain johtava RC-laitteiden alkuperämaa, mutta Brexitin myötä EU:sta tehtävät tilaukset ovat saattaneet hieman vähentyä. Toimitusvarmuutta eivät ole myöskään parantaneet viimeaikaiset pandemiat. Lisäksi sotilaskäyttöön on hankittu paljon alun perin kuluttajille suunnattuja drone-komponentteja.
Nykyisin meidän tulisi kiinnittää myös entistä enemmän huomiota tekemiemme hankintojen ekologisuuteen, vaikka drone-osien kohdalla jo pelkästään käyttöömme soveltuvien osien löytäminen voi jo olla itsessään tarpeeksi haasteellista. Ehkä parhaiten voimme vaikuttaa keskittämällä osahankinnat samaan ostoskoriin ja käyttämällä vain tunnettuja osavalmistajia. Kuljetuslähettien isolla autolla kotiovelle tuomat, ympäri maailmaa saapuvat yksittäiset pikkupaketit eivät ehkä ole ekologisin toimintatapa. Lisäksi emme voi kuin toivoa, että osien valmistajilla on omat ympäristöasiat ja logistiikkaverkostot kunnossa.
Sääntelyn lisäksi kaivataan standardeja
Viime aikoina dronella operointi on muuttunut entistä säädellymmäksi. Tämä ei suinkaan ole negatiivinen asia, vaan ilmailussa asiat tulee tehdä turvallisesti ja kaikille samoilla pelisäännöillä. Operoinnin lisäksi kaupallisiin droneihin on tulossa lähiaikoina CE-merkinnät ja luokitukset. Nopeasti kehittyvä drone-maailma kaipaisi standardisointia myös mekaniikkapuolelle. Esimerkkinä tällaisista pienistä asioista voisivat olla droneissa käytetyt elektroniikka- ja esim. akkuliittimet. (KUVA 2.) Nykytilanteessa liittimiä joudutaan usein vaihtamaan ja kaapeleiden pituuksia ja pinta-aloja muuttamaan. Useat drone-liitännät tehdään nykytilanteessa juottamalla, mikä onkin ihan hyvä tapa. Usein nämä pienet, piirilevyille tehtävät tai paksuihin akkukaapeleihin tehtävät juotokset vaativat lujaa ammattitaitoa sekä hyvät työkalut. Useat liitokset ja väliadapterit saattavatkin olla se lennon heikoin lenkki. Hyvä esimerkki standardisoinnista on esim. PC-tietokoneiden komponentit, joista voidaan rakentaa luotettavasti hyvinkin erilaisia tietokonekokoonpanoja. Nykyiset drone-osien valmistajat ovat pääasiassa keskittyneet johonkin viidestä aihealueesta: rungot, työntövoima, ohjauselektroniikka, akut sekä hyötykuorma/sensorit. Nämä kaikki palaset tarvitaan, ja välillä niiden yhteensovittaminen voi kunnollisten standardien puutteen takia olla haastavaa. (KUVA 3.)
Avoimen taivaan lähdekoodit
Itse rakennetun dronen lento perustuu lähes poikkeuksetta avoimeen lähdekoodiin. Tämä on toki mahtava asia, koska kaikkia dronen lennonohjaimen ts. autopilotin parametreja ja toimintoja käyttäjä voi hienosäätää. Kääntöpuolena asiassa on se, miten viime kädessä vastuussa oleva pilotti voi olla täysin varma siitä, että hänen edustamansa yrityksen 20 000 euron drone lentää yhä eilisen lennonohjaimen päivityksen jälkeen. Kukaan ei lopulta vastaa siitä, että ehkä pakotetunkin päivityksen jälkeen juuri oma drone on yhä turvallinen ja toimintakyinen. Vaikka päivitys menisikin putkeen, tapahtuu lennonohjaimessa automaattisia toimintoja, eli se ns. ”oppii” käyttäjän tekemisistä. Huolestuisin, jos esimerkiksi sähköautoni tai pyöräni ohjaus tuntuisi tänään erilaiselta kuin eilisellä kauppareissulla. Sama nyrkkisääntö siis pätee dronen softamaailmassakin: älä korjaa sitä, jos se ei ole rikki. Dronenkin kohdalla automaatio tarvitsee ihmistä varmistamaan, että kaikki sujuu luotettavasti ja turvallisesti. Jostakin syystä matkustajalentokoneiden keulassa istuu ihmisiä automaatiolaitteita valvomassa, vaikka reittilentäminenkin olisi ehkä voitu automatisoida ja tehdä etäohjattavaksi jo vuosikymmeniä sitten.
Ilmailussa opittua
Ilmailussa on opittu vuosikymmenten aikana, että jos jokin laite tai tekniikka havaitaan toimivaksi ja luotettavaksi, käytetään sitä. Turvallisuus on vakiintunut hyvälle tasolle, kun laitteet on suunniteltu ajan kanssa ja materiaalit ja menetelmät on testattu huolellisesti. (EASA) Ei voi myöskään väheksyä lentävien laitteiden huollon merkitystä. Osia vaihdetaan kulumisen lisäksi myös kalenteria katsomalla, vaikka ne eivät olisikaan rikki. Kaiken tämän sinetöi kurinalainen kirjanpito kaikista tehdystä toiminnoista. Vaikka sääntely ja standardit ovat voineet hieman hidastaa ilmailun kehitystahtia, on silti ihmisen lentäminen ja turvallisuus kehittynyt huimasti sadan vuoden aikana. Nykymuotoisia droneja on rakenneltu erinäisissä pajoissa vasta vuosituhannen alusta – mitä tuleekaan tapahtumaan tulevina vuosikymmeninä?
Loppulasku
Vaikka dronen rakentaminen osista voi tuntua liian haasteelliselta ja aikaa vievältä, on se lopulta hyvin palkitseva kokemus. Rakentamalla ja säätämällä oppii uusia asioita ja tietää, miten drone toimii kokonaisuutena. Pienen vaurion sattuessa komponenteista kasatut laitteet ovat yleensä korjattavissa, ja sehän vasta on ekologista ilmailua. Komponenttien kirjosta osaa poimia itselle ne sopivat tuotteet ja luotettavien jälleenmyyjien verkostokin alkaa samalla hahmottua. Kun sisäistää dronen teknisen toimintaperiaatteen, saattaa samalla syntyä ideoita uusista dronen käyttökohteista. Luomalla uutta koko toimiala kehittyy. Tätä kotimaista osaamista tarvitaan myös tulevaisuudessa.
Kustomoituja droneja rakennetaan myös Interreg Auroran rahoittamassa SUMMATION-hankkeessa.
Lähteet
Alvarado, E. 2022. Drone market map: The drone world in an infographic. Saatavissa: https://droneii.com/drone-market-map-2022-drone-world-infographic. Viitattu 17.8.2023.
Ardupilot ground control software. Advanced Pixhawk Quadcopter Wiring Chart. Saatavissa: https://ardupilot.org/copter/docs/advanced-pixhawk-quadcopter-wiring-chart.html. Viitattu 17.8.2023.
EASA. Aircraft certification. Saatavissa: https://www.easa.europa.eu/en/domains/aircraft-products/aircraft-certification. Viitattu 17.8.2023.
Mordor Intelligence. Carbon fiber market size & share analysis – Growth trends & forecasts 2023 – 2028. Saatavissa: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/carbon-fiber-market. Viitattu 17.8.2023.
Pasi Hakasaari
kehitysinsinööri (tuotantoteknologia)
Centria-ammattikorkeakoulu
p. +358 44 4492 632
