No âmbito da nossa Bionic Learning Network, temos explorado o fascínio de voar há mais de 15 anos pesquisando e implementando tecnologicamente inúmeros objetos voadores e seus princípios naturais e aprendendo com os modelos biológicos. Um grande desafio foi o comportamento de enxame autônomo. Com a BionicBee, nossa equipe desenvolveu pela primeira vez um objeto voador capaz de voar em grande número e de forma completamente autônoma em um enxame.
Com cerca de 34 gramas, 22 centímetros de comprimento e 24 centímetros de envergadura de asas, a BionicBee é o menor objeto voador da Bionic Learning Network até hoje. Pela primeira vez, os desenvolvedores utilizaram a metodologia do design generativo: após a inserção de alguns parâmetros, o software encontra a estrutura ideal baseada em princípios de design definidos, a fim de utilizar o mínimo de material necessário com a construção mais estável possível. Essa construção leve e consistente é elementar para uma boa manobrabilidade e duração de voo.
No corpo da abelha, estão localizados a construção compacta para o mecanismo das asas, a tecnologia de comunicação e os componentes de controle das asas e adaptação da geometria da asa. Um motor sem escovas, três servomotores, a bateria, a engrenagem e diversas placas de circuito estão instalados em um espaço muito pequeno. A interação inteligente de motores e mecânica permite, por exemplo, ajustar a frequência de batimento de asas com precisão para as diferentes manobras.
A abelha robô voa com uma frequência de batimento de 15 a 20 Herz. Durante o voo, as asas batem para a frente e para trás em um ângulo de 180 graus. O motor sem escovas aciona a asa sem folgas através de uma construção mecânica ultraleve e guiada com precisão. Quanto maior a velocidade de rotação, maiores a frequência de batimento e a elevação. Os três servomotores na inserção da asa alteram a geometria da asa de forma direcionada, aumentando assim a eficácia em certas posições da asa e levando a uma variação direcionada da elevação produzida.
Para fazer a abelha voar para a frente, a geometria é ajustada de forma que a elevação na posição traseira da asa seja maior do que na posição dianteira. Isso faz com que o corpo se incline para a frente (arfagem) e a abelha então voa para a frente. Se a geometria for ajustada de modo que a asa direita produza mais elevação que a esquerda, a abelha gira (rolamento) em torno do eixo longitudinal para a esquerda e voa lateralmente. Outra possibilidade é ajustá-la de modo que uma asa produza mais elevação na frente e a segunda, atrás. Isso faz com que a abelha gire (guinada) ao redor do eixo vertical.
O comportamento autônomo das dez abelhas é obtido por meio de um sistema de localização interno com tecnologia de banda ultralarga (UWB). Para este fim, foram instaladas oito antenas UWB em dois níveis no recinto. Isso permite uma medição precisa do tempo de execução e as abelhas podem se situar no recinto. As antenas UWB enviam sinais a cada uma das abelhas que medem de forma autônoma as distâncias até os respectivos emissores e podem calcular sua própria posição no recinto com base nos carimbos de tempo.
Para voar em um enxame, as abelhas seguem os caminhos especificados por um computador central. Uma alta precisão espacial e temporal é necessária para um voo seguro e sem colisões em uma formação próxima. A possível interação mútua devido à turbulência do ar ("down-wash") também deve ser levada em conta no planejamento do trajeto.
Como cada abelha é construída à mão e mesmo as menores diferenças de fabricação podem influenciar o comportamento de voo, as abelhas possuem uma função de calibração automática: após um breve voo de teste, cada abelha determina seus parâmetros de controle otimizados individualmente. Dessa forma, o algoritmo inteligente pode resolver as diferenças de hardware entre elas, permitindo que todo o enxame seja controlado externamente, como se todas as abelhas fossem idênticas.
A BionicBee é o resultado de diversas descobertas realizadas por nossos desenvolvedores em projetos anteriores. E faz parte de uma série de objetos voadores biônicos criados no âmbito da nossa Bionic Learning Network. Há mais de 15 anos, projetamos plataformas de pesquisa, cujos princípios técnicos básicos derivam da natureza. Nas páginas seguintes, você poderá obter uma pequena noção.