С поглед към крилата на природата

Полет в мрежата за бионично обучение

Мечтата за летене е една от най-старите в историята на човечеството. Винаги сме били очаровани от животинския свят, който ни показва по много различни начини как функционира. Летенето също е повтаряща се тема в мрежата за бионично обучение. В сътрудничество с университети, институти и развойни компании от години проектираме изследователски обекти, чиито основни технически принципи са заимствани от природата.

Първо нашите експерти по бионика разгледаха перките на скатовете манта. Те живеят във водата, но въпреки това, когато плуват, големите им гръдни перки се размахват нагоре-надолу като крила. През 2007 г. пренесохме този принцип в Air_ray. Оптимизираната за потока форма на ската повишава аеродинамичната ефективност, а активното усукване на крилата осигурява пълноценно развитие на мощността. При това един серво-двигател тегли последователно двата фланга в надлъжна посока, като кара крилото да се размахва целенасочено нагоре и надолу. С помощта на едно допълнително сервозадвижване размахващото се крило може да се върти по напречната си ос, което позволява маневрирането на Air_ray и назад. Благодарение на леката си конструкция, напора на хелия и задвижването на махащото крило с Fin Ray Effect®, той се движи във въздуха като естествения си модел в морето.

Подобна концепция може да бъде открита в AirPenguins от 2009 г. Техниката им на летене е много близка до техниката на плуване на биологичните им модели. Пасивно усукващите се крила позволяват генериране на тяга както напред, така и назад.

AirPenguins могат да летят самостоятелно в група от три и да се носят в определено въздушно пространство, което се открива от предавателни станции за ултразвук. В това пространство пингвините могат да се движат свободно.

Микроконтролерът им дава възможност да изследват това пространство самостоятелно или според договорени правила.

От водата във въздуха

Основавайки се на това през 2011 г. разкодирахме полета на птиците и представихме SmartBird . Вдъхновен от сребристата чайката, бионичният технологичен носител може да излита, лети и каца сам – без допълнително задвижване.

Крилата му не само се размахват нагоре-надолу, но и се усукват целенасочено. Това се постига с помощта на активно съчленено торсионно задвижване, което в съчетание със сложна система за регулиране осигурява непостигната досега ефективност на летателните операции. Постоянната диагностика осигурява полета: Докато SmartBird лети, непрекъснато се записват и проверяват в реално време данни, като например положението и усукването на крилата или състоянието на заряда на батерията.

Изкуството на полета на водното конче

Още по-сложен тип полет може да се наблюдава при водното конче. Изкуството на полета му е уникално: То може да маневрира във всички посоки на пространството, да спира във въздуха и да се издига, без изобщо да размахва крила. Благодарение на способността си да движи двата си чифта крила независимо едно от друго, той може да спира и завива рязко, да ускорява бързо и дори да лети назад.

С BionicOpter през 2013 г. нашият екип по бионика технически реализира тези изключително сложни свойства в свръхлек летящ обект. За първи път един модел може да изпълнява повече ходове на крилата отколкото хеликоптерите, моторните самолети и планерите, взети заедно. По този начин посредством управление на честотата на махане и усукване на отделните крила може да бъде регулирана индивидуално посоката и силата на тягата на четирите крила. Това позволява на дистанционно управляваното водно конче да заема почти всякаква ориентация в пространството.

Колективно летене

Festo усъвършенства леката конструкция и миниатюризацията през 2015 г. с eMotionButterflies: всяка от бионичните пеперуди тежи само 32 грама. За да се доближат максимално до полета на своя естествен модел, eMotionButterflies претежават високо интегрирана бордова електроника. Те могат да управляват крилата прецизно и индивидуално и по този начин да извършват бързи движения.

Десет камери инсталирани в помещението регистрират пеперудите посредством техните инфрачервени маркери. Камерите предават данните за местоположението на централен главен компютър, който координира пеперудите отвън.

Festo BionicFlyingFox

BionicFlyingFox: По време на полета главният компютър сравнява целевите траектории на полета на изкуствената летяща лисица с действителните. Благодарение на машинното обучение тя ги адаптира все по-добре.

Полуавтономно летене в определено пространство

Експертите в областта на биониката са доразвили тази интелигентното свързване в мрежа и на панаира в Хановер през 2018 г. показват BionicFlyingFox, който дори лети полуавтономно. Това е възможно благодарение на комбинацията от бордова електроника и външна система от камери. В резултат на това изкуственият прилеп лети във въздуха с размах на крилете от 2,28 метра.

От върховете на пръстите до стъпалата на изкуствения прилеп се простира еластична, херметична кожа. Специално разработената мембрана се състои от еластанова оплетка и заварено на място фолио. Благодарение на тази структура тип пчелна пита BionicFlyingFox може да лети дори при леки наранявания на бионичната тъкан.

Колкото и различно да е поведението на животните при полет в природата, при пренасянето му в технологиите основните предизвикателства винаги са леката конструкция и интегрирането на функциите. С BionicFlyingFox, при който всички точки на съчленяване на силно натоварената кинематика са разположени в една равнина, така че цялото крило може да се сгъва на принципа на ножицата, Festo вече е разкодирала всички начини на летене в животинския свят. Но природата предлага и много други уникални решения, които ще вдъхновят екипа по бионика за нови технически решения в бъдеще.

Преглед