Como parte de nuestra Bionic Learning Network, llevamos más de 15 años explorando la fascinación de volar. Desde entonces, hemos investigado e implementado tecnológicamente numerosos objetos voladores más y sus principios naturales, aprendiendo de los modelos biológicos. Un gran reto fue el comportamiento autónomo del enjambre. Con la BionicBee, nuestro equipo ha desarrollado por primera vez un objeto volador que puede volar en grandes cantidades y de forma completamente autónoma formando un enjambre.
Con unos 34 gramos, una longitud de 22 centímetros y una envergadura de 24 centímetros, la BionicBee es el objeto volador más pequeño de la Bionic Learning Network hasta la fecha. Por primera vez, los desarrolladores utilizaron el método del diseño generativo: tras introducir unos pocos parámetros, el software encuentra la estructura óptima basándose en principios de diseño definidos con el fin de utilizar el mínimo material necesario en la construcción más estable posible. Esta estructura ligera y consecuente es elemental para lograr una buena maniobrabilidad y duración del vuelo.
El diseño compacto del mecanismo de las alas, la tecnología de comunicación y los componentes de control para las alas y la adaptación de la geometría del ala se encuentran dentro del cuerpo de la abeja. Un motor sin escobillas, tres servomotores, la batería, la caja de cambios y varias PCB están instalados en un espacio muy reducido. La interacción inteligente de los motores y la mecánica permite, por ejemplo, ajustar con precisión la frecuencia del batido de las alas para las distintas maniobras.
La abeja artificial vuela con una frecuencia de aleteo de 15 a 20 hercios. Para ello, las alas avanzan y retroceden formando un ángulo de 180 grados. El motor sin escobillas acciona el aleteo sin holgura mediante una construcción mecánica ultraligera guiada con precisión. Cuanto mayor es la velocidad de giro, mayor será la frecuencia del aleteo y la fuerza de sustentación. Los tres servomotores situados en la raíz del ala modifican la geometría del ala de forma selectiva, aumentando así la eficacia en determinadas posiciones del ala y dando lugar a una variación selectiva de la fuerza de sustentación generada.
Si la abeja va a volar hacia delante, la geometría se ajusta para que la fuerza de sustentación en la posición trasera del ala sea mayor que en la posición delantera. Esto hace que el cuerpo se incline hacia delante (cabeceo) y la abeja vuele hacia delante. Si la geometría se ajusta de modo que el ala derecha genere una mayor fuerza de sustentación que el ala izquierda, la abeja gira (alabeo) sobre su eje longitudinal hacia la izquierda y vuela desplazándose lateralmente. Otra posibilidad es ajustar de forma que un ala genere más fuerza de sustentación en la parte delantera y la segunda en la trasera. Esto hace que la abeja gire (Gear) sobre su eje vertical.
El comportamiento autónomo de las diez abejas se consigue con ayuda de un sistema de localización en interiores con tecnología de banda ultraancha (UWB). Para ello, se instalan ocho antenas de anclaje UWB en dos niveles del recinto. Esto permite una medición precisa del tiempo de funcionamiento y las abejas pueden localizarse entre ellas dentro el recinto. Las antenas de anclaje UWB envían señales a cada una de las abejas, que miden de forma independiente las distancias a los respectivos elementos transmisores y pueden calcular su propia posición en el espacio utilizando las marcas de tiempo.
Para volar en un enjambre, las abejas siguen las trayectorias especificadas por un ordenador central. Para un vuelo seguro y sin colisiones en formación cerrada se requiere una gran precisión espacial y temporal. La posible interacción mutua debida a las turbulencias del aire ("down-wash") también debe tenerse en cuenta a la hora de planificar las trayectorias.
Como cada abeja se construye a mano y hasta las más pequeñas diferencias de fabricación pueden influir en el comportamiento de vuelo, las abejas disponen también de una función de calibración automática: tras un breve vuelo de prueba, cada abeja determina sus parámetros de regulación optimizados individualmente. De este modo, el algoritmo inteligente puede resolver las diferencias de hardware entre cada una de las abejas, lo que permite controlar todo el enjambre desde el exterior como si todas las abejas fueran idénticas.
BionicBee aprovecha numerosos conocimientos adquiridos por nuestros desarrolladores en proyectos anteriores. Se une así a una serie de objetos voladores biónicos que han surgido dentro de nuestra Bionic Learning Network. Llevamos más de 15 años diseñando prototipos cuyos principios técnicos fundamentales derivan de la naturaleza. Puede hacerse una pequeña idea en las páginas siguientes.