V rámci sítě Bionic Learning Network nás již více než 15 let fascinuje létání. Od té doby jsme prozkoumali řadu dalších létajících objektů a jejich přirozené principy a technologicky je implementovali, přičemž jsme se učili z biologických vzorů. Velkou výzvou bylo autonomní chování roje. S BionicBee náš tým poprvé vyvinul létající objekty, které mohou létat ve velkém množství a zcela autonomně v roji.
S přibližně 34 gramy, délkou 22 centimetrů a rozpětím křídel 24 centimetrů je BionicBee dosud nejmenším létajícím objektem Bionic Learning Network. Vývojáři poprvé použili metodologii generativního navrhování: po zadání několika parametrů najde software pomocí definovaných principů navrhování optimální strukturu, aby bylo použito co nejméně materiálu s co nejstabilnější konstrukcí. Tato konzistentní lehká konstrukce je nezbytná pro dobrou manévrovatelnost a délku letu.
V těle včely je umístěna kompaktní konstrukce mechanizmu mávání křídel, komunikační technika a ovládací prvky pro mávání křídly a přizpůsobení geometrie křídla. Bezkartáčový motor, tři servomotory, baterie, převodovka a různé destičky jsou instalovány na velmi malém prostoru. Díky inteligentní interakci motorů a mechaniky lze například přesně pro různé manévry upravit frekvenci mávání křídly.
Umělá včela létá s frekvencí mávání 15 až 20 hertzů. Křídla mávají dopředu a dozadu v úhlu 180 stupňů. Bezkartáčový motor pohání mávání křídel bez vůle přes precizně vedenou ultralehkou mechanickou konstrukci. Čím vyšší jsou otáčky, tím vyšší je frekvence mávání a vztlak. Tři servomotory u kořene křídla cíleně mění geometrii křídla, čímž zvyšují účinnost v určitých polohách křídla a působí cílenou změnu generovaného vztlaku.
Pokud má včela letět dopředu, geometrie se nastaví tak, aby vztlak v zadní poloze křídla byl větší než v poloze přední. V důsledku toho se tělo nakloní dopředu (pitch) a včela letí dopředu. Pokud je geometrie nastavena tak, že pravé křídlo generuje větší vztlak než levé křídlo, včela se natočí (roll) kolem podélné osy doleva a letí do strany. Další možností je úprava tak, že jedno křídlo generuje větší vztlak vpředu a druhé křídlo generuje větší vztlak vzadu. Tím se včela otáčí (gear) kolem svislé osy.
Autonomního chování deseti včel je dosaženo pomocí indoorového lokalizačního systému s ultraširokopásmovou technologií (UWB). Ve dvou úrovních je v místnosti nainstalováno osm bodů UWB. Umožňují přesné měření času a včely se dokážou lokalizovat v prostoru. Body UWB vysílají signály jednotlivým včelám, které nezávisle měří vzdálenosti k příslušným vysílacím prvkům a dokážou pomocí časového razítka vypočítat vlastní polohu v prostoru.
Aby včely létaly v roji, následují cesty nastavené centrálním počítačem. Vysoká úroveň prostorové a časové přesnosti je nezbytná pro bezpečný let v těsné formaci a bez kolizí. Při plánování trasy se musí vzít v úvahu i možná vzájemnou interakci způsobená turbulencí vzduchu („down-wash“).
Protože každá včela je stavěna ručně a i ty nejmenší výrobní rozdíly mohou ovlivnit letové vlastnosti, mají včely také automatickou kalibraci: každá včela si po krátkém zkušebním letu určí své vlastní optimalizované parametry regulace. Inteligentní algoritmus tak dokáže vypočítat hardwarové rozdíly mezi jednotlivými včelami a celý roj lze ovládat zvenčí, jako by všechny včely byly identické.
S BionicBee přichází do hry četné poznatky, které naši vývojáři získali v předchozích projektech. Zapadá tak do řady bionických létajících objektů, které byly vytvořeny jako součást naší Bionic Learning Network. Již více než 15 let navrhujeme výzkumné objekty, jejichž základní technické principy jsou odvozeny z přírody. Na následujících stránkách můžete získat malý přehled.