Létání ve Festo Bionic Learning Network

Na křídla jsme se podívali do přírody

Létání v Bionic Learning Network

Létání je jednou z nejstarších lidských vysněných tužeb. Vždy jsme se fascinovaně dívali na svět zvířat, který na nejrůznějších příkladech ukazuje, jak to jde. Létání je opakujícím se tématem také v Bionic Learning Network. Ve spolupráci s univerzitami, instituty a vývojovými společnostmi už roky navrhujeme výzkumné projekty, jejichž základní technické principy vycházejí z přírody.

Nejprve se naši odborníci na bioniku podívali na ploutve manty. Žije sice ve vodě, ale její velké prsní ploutve se při plavání pohybují nahoru a dolů jako křídla. Tento princip jsme v roce 2007 aplikovali na projekt Air_ray. Tvar manty zaručuje optimalizované obtékání, a tak zlepšuje aerodynamickou účinnost, aktivní torze křídel pomáhá efektivnímu přenosu síly. Servomotor střídavě táhne a tlačí obě strany současně a umožňuje tak cíleně mávat křídly nahoru a dolů. Další servopohon křídla natáčí, což znamená, že s Air_ray lze manévrovat také dozadu. Díky lehké konstrukci, vztlaku helia a kmitavému pohonu křídla s Fin Ray Effect® se pohybuje ve vzduchu stejně jako jeho přírodní model v moři.

Podobná koncepce je použita také v projektu AirPenguins z roku 2009. Technika letu v tomto projektu se velmi blíží plavecké technice svých biologických vzorů. Pasivní pootáčení křídel vytváří tah vpřed i vzad.

AirPenguins mohou samostatně létat jako skupina tří a vznášet se v definovaném vzdušném prostoru, který je snímán ultrazvukovými vysílacími stanicemi. Tito „tučňáci“ se mohou ve vymezeném prostoru volně pohybovat.

Mikrokontroler jim umožňuje prostor zkoumat samostatně nebo podle dohodnutých pravidel.

Z vody do vzduchu

V roce 2011 jsme navázali a dešifrovali let ptáků - představili jsme projekt SmartBird. Tento model bionické technologie inspirovaný rackem dokáže vzlétnout, létat a přistávat sám - bez dalšího pohonu.

Jeho křídla nejen mávají nahoru a dolů, ale také se cíleně otáčejí. Toho je dosaženo aktivním torzním pohonem v kloubu, který ve spojení s komplexní regulací docílil dříve nedosažitelných úrovní účinnosti pohonu křídel. Trvalá diagnostika zajišťuje let: SmartBird během letu průběžně zaznamenává údaje - poloha křídel a jejich torze a také stav nabití baterie. Údaje jsou nepřetržitě kontrolovány.

Letové umění vážky

U vážky lze pozorovat ještě složitější typ letu. Její letové umění je jedinečné: umí manévrovat ve všech směrech, stát ve vzduchu i plachtit bez mávání křídly. Schopnost pohybovat dvěma páry křídel nezávisle na sobě jí umožňuje prudce zabrzdit a zatočit, intenzivně zrychlit a dokonce letět dozadu.

S projektem BionicOpter náš bionický tým v roce 2013 technicky implementoval tyto velmi komplexní vlastnosti do ultralehkého létajícího objektu. Poprvé dokáže model letět více způsoby než vrtulníky, motorová letadla a kluzáky dohromady. Ovládáním frekvence mávání a otáčení jednotlivých křídel lze pro všechny čtyři individuálně nastavit směr a sílu tahu. Dálkově ovládaná vážka může tak zaujmout téměř jakoukoli pozici v prostoru.

Létání v kolektivu

Lehkou konstrukci a miniaturizaci jsme zdokonalili v roce 2015 v podobě eMotionButterflies: Každý z bionických motýlů váží pouze 32 gramy. Aby se co nejvíce blížili letu svého přírodního modelu, mají eMotionButterflies vysoce integrovanou palubní elektroniku. Dokáží přesně a individuálně ovládat křídla a rychle se pohybovat.

Motýly zaznamenává v prostoru pomocí jejich infračervených značek deset kamer. Kamery předávají údaje o poloze do centrálního hlavního počítače, který koordinuje motýly zvenčí.

Festo BionicFlyingFox

BionicFlyingFox: během letu porovnává hlavní počítač požadovanou trajektorii letu umělého kaloně s trajektorií letu skutečného kaloně. A stále lépe ji napodobuje pomocí strojového učení.

Částečné autonomní létání ve vymezeném prostoru

Bionici inteligentní propojení do sítě dále rozvinuli a na veletrhu v Hannoveru 2018 předvádějí BionicFlyingFox, který létá dokonce částečně autonomně. Nových schopností docílili kombinací palubní elektroniky a externího kamerového systému. To všechno pomáhá umělému kaloňovi s rozpětím křídel 2,28 metru při letu vzduchem.

Pružná, vzduchotěsná kůže se táhne od špičky prstů až po nohy kaloně. Speciálně vyvinutá membrána se skládá z elastanového úpletu a bodově svařovaných fólií. S voštinovou strukturou zvládne BionicFlyingFox létat i při drobných poškozeních bionické tkáně.

Metody létání jsou v přírodě velmi různé - při napodobování technikou jsou vždy nezbytností lehká konstrukce a integrace funkcí. S BionicFlyingFox, jehož všechny klouby velmi zatěžované kinematiky jsou v jedné rovině, takže celé křídlo se sklápí podobně jako nůžky, jsme nyní rozluštili všechny druhy letu ve světě zvířat. Příroda však nabízí mnoho dalších jedinečných řešení, která budou tým bioniků v budoucnu inspirovat k novým technickým nápadům.

přehled