BionicBee

Автономно летене в рояк

Като част от нашата Bionic Learning Network изследваме очарованието на летенето вече повече от 15 години. Оттогава насам сме изследвали и технологично приложили многобройни, допълнителни летящи обекти и техните естествени принципи, като сме се учили от биологичните модели. Голямо предизвикателство беше автономното поведение на рояка. С BionicBee нашият екип за първи път разработи летящ обект, който може да лети в голям брой и напълно автономно в рояк.

Ултралеки летящи обекти с филигранен дизайн

С тегло около 34 грама, дължина 22 см и размах на крилата 24 см BionicBee е най-малкият летящ обект на мрежата Bionic Learning Network до момента. За първи път разработчиците използват методологията на генеративния дизайн: след въвеждане на няколко параметъра софтуерът намира оптималната структура въз основа на определени принципи на проектиране, за да се използва възможно най-малко материал и възможно най-стабилната конструкция. Тази последователна лека конструкция е елементарна за добрата маневреност и продължителност на полета.

Интегриране на функции в малко пространство за монтаж

Компактната конструкция на механизма за махане на крилото, комуникационната технология и компонентите за управление на маха на крилата и адаптирането на геометрията на крилата са разположени в тялото на пчелата. В много малко пространство са монтирани безчетков мотор, три серво двигателя, батерия, скоростна кутия и различни платки. Интелигентното взаимодействие на моторите и механиката позволява например честотата на ударите на крилата и ъгълът на атака на елеватора да бъдат прецизно регулирани за различните маневри.

Естествени летателни маневри с четири степени на свобода

Изкуствената пчела лети с честота на ударите от 15 до 20 херца. При това крилата се движат напред и назад под ъгъл от 180 градуса. Безчетковият мотор задвижва биенето на крилото без хлабини посредством прецизно направлявана, свръхлека механична конструкция. Колкото по-висока е скоростта, толкова по-висока е честотата на ударите и подемната сила. Трите серво двигателя в основата на крилото целенасочено променят геометрията на крилото, като по този начин увеличават ефективността в определени позиции на крилото и водят до целенасочено изменение на генерираната подемна сила.

Ако пчелата трябва да лети напред, геометрията се регулира така, че подемната сила в задното положение на крилото да е по-голяма, отколкото в предното положение. Това води до накланяне на тялото напред (наклон) и пчелата започва да лети напред. Ако геометрията е настроена така, че дясното крило да генерира повече подемна сила от лявото, пчелата се завърта (търкаля) около надлъжната ос наляво и отлита настрани. Друга възможност е да се регулира по такъв начин, че едното крило да генерира повече подемна сила отпред, а второто отзад. Това кара пчелата да се върти (зъбна предавка) около вертикалната си ос.

Автономно летене в рояк

Автономното поведение на десетте пчели е постигнато с помощта на система за локализация на закрито с ултра широколентова технология (UWB). За тази цел на две нива в помещението са монтирани осем UWB анкера. Това дава възможност за точно измерване на времето на работа и пчелите могат да се локализират в помещението. UWB анкерите изпращат сигнали до отделните пчели, които независимо измерват разстоянията до съответните предавателни елементи и могат да изчислят собственото си положение в пространството, като използват времевите маркери.

За да летят в рояк, пчелите следват маршрути зададени от централен компютър. За безопасен полет без сблъсъци в близки формации се изисква висока пространствена и времева точност. При планирането на пистата трябва да се вземе предвид и възможното взаимно взаимодействие, дължащо се на въздушната турбуленция ("down-wash").

Тъй като всяка пчела се изработва ръчно и дори най-малките производствени разлики могат да повлияят на поведението на полета, пчелите имат и функция за автоматично калибриране: след кратък тестов полет всяка пчела определя своите индивидуално оптимизирани параметри на регулатора. По този начин интелигентният алгоритъм може да отработи хардуерните разлики между отделните пчели, което позволява целият рояк да бъде управляван отвън, сякаш всички пчели са еднакви.

BionicBee използва многобройни познания, придобити от нашите разработчици в предишни проекти. По този начин той се присъединява към поредицата от бионични летящи обекти, създадени в рамките на нашата Bionic Learning Network. Повече от 15 години проектираме изследователски обекти, чиито основни технически принципи са заимствани от природата. На следващите страници можете да получите малка представа за това.