Im Luftmeer mit kollektivem Verhalten fliegen 2 Pinguine sind faszinierende Tiere, die in ihrer stammesgeschichtlichen Entwicklung als Seevögel das Fliegen verlernt haben. Die Ingenieure haben bei diesem Projekt mit den AirPenguins künstliche Pinguine geschaffen und ihnen das „autonome Fliegen im Luftmeer“ beigebracht. Das gelernte Wissen aus diesem Forschungsprojekt des Bionic Learning Network von Festo soll für die zukünftigen Anforderungen der Automation von Produktionsprozessen nutzbar gemacht werden. AirPenguin – Technologieträger für adaptive Flügelschlagantriebe Der AirPenguin ist ein autonom fliegendes Objekt, das in seiner Beweglichkeit und Wendigkeit seinem natürlichen Vorbild nahe kommt. Der AirPenguin besteht aus einem mit Helium gefüllten Ballonett, das ca. 1cbm Helium fasst und somit ca. 1kg Auftrieb erzeugt. Am vorderen und am hinteren Ende des Ballonetts ist jeweils eine pyramidenförmige, aus vier Kohlefaserstangen bestehende flexible Struktur angebracht. Die vier Kohlefaserstangen sind jeweils durch Ringe im Abstand von ca. 10 cm gelenkig miteinander verbunden. Die Ringe zusammen mit den Kohlefaserstangen ergeben eine 3D Fin Ray®Struktur, die sich in allen Raumrichtungen frei bewegen lässt. Die Fin Ray®Struktur ist eine von der Anatomie der Fischflosse übertragene Struktur, die hier erstmals auf räumliche Anwendungen erweitert wurde. Die jeweils gegenüberliegenden Kohlefaserholme sind über Bowdenzüge und eine Doppelrolle miteinander verbunden und über ein Stellservo gegenläufig ein- und ausfahrbar. So entsteht eine spielfreie Drehung sowohl an der Nasenspitze als auch am Schwanzende des AirPenguins. Durch Überlagerung von zwei zueinander senkrecht stehenden Drehebenen kann damit jede Neigung im Bewegungsraum realisiert werden. Durch das Helium-Ballonett läuft ein Flügeltragholm, an dem die beiden Flügel anschließen. Es handelt sich hier um eine neuartige Flügelkonstruktion, mit der sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsschub erzeugt werden kann. Jeder Flügel wird mit insgesamt zwei Stellservos angesteuert: ein Schlagservo, das die Auf- und Abbewegung des Flügels realisiert und ein Stellservo für die Verstellung des Flügelholms zur Veränderung des Druckpunktes des Flügels. Des Weiteren gibt es ein zentrales Schwenkservo für beide Flügel, das den Schub des Flügelschlags nach oben bzw. unten lenkt und so ein Steigen oder Sinken der AirPenguins ermöglicht. Alle drei Servos werden proportional gesteuert. Das sichert eine stufenlose Steuerung der Schlagfrequenz, des Vorwärts- und Rückwärtsflugs sowie des Steig- und Sinkflugs. Die gesamte Flügelkonstruktion besteht aus einem Flügelholm mit einem flachen flexiblen Flügel aus extrudiertem Polyurethanschaum. Der Flügelholm ist am Drehpunkt des Rumpfes gelagert und kann entweder zur Flügelvorderkante bzw. zur Flügelhinterkante bewegt werden. Die Verstellung des Flügelholms zur Flügelvorderkante hin bewirkt beispielsweise, dass der Druckpunkt des Flügels in den vorderen Bereich wandert. Der Flügel wird in seinem Querschnitt durch den Druck der Luft so gebogen, dass hieraus ein Flügelprofil entsteht, das Vorwärtsschub erzeugt. Wird der Flügelholm in Richtung der Flügelhinterkante gestellt, verlagert sich der Druckpunkt dorthin; der AirPenguin fliegt dann rückwärts. Es wurde mit dieser Konstruktion erstmals ein selbstregelnder, Flügeldruck gesteuerter, passiv verdrehender und adaptiver Flügel realisiert.
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