Le rêve de voler est l'un des plus anciens de l'humanité. Nous avons toujours regardé avec fascination le monde animal, qui montre de différentes manières comment cela fonctionne. Le vol est également un thème récurrent dans le réseau d'apprentissage Bionic. En coopération avec des universités, des instituts et des sociétés de développement, nous concevons depuis de nombreuses années des organismes de recherche dont les principes techniques de base sont issus de la nature.
Tout d'abord, nos experts en bionique ont observé les nageoires de la raie manta. Bien que celle-ci vive dans l'eau, ses grandes nageoires pectorales battent de haut en bas comme des ailes quand elle nage. Nous avons appliqué ce principe à l'Air_ray en 2007. La forme profilée de la raie augmente l'efficacité aérodynamique, la torsion active des ailes assure un déploiement complet de la puissance. Pour ce faire, un servomoteur tire dans le sens longitudinal sur les deux flancs, en alternance, et laisse ainsi l'aile se rabattre de haut en bas de manière ciblée. Avec une servocommande supplémentaire, l'aile battante peut être tournée dans son axe transversal, ce qui signifie que l'Air_ray peut également être manœuvré vers l'arrière. En raison de sa construction légère, de la flottabilité de l'hélium et de l'actionneur de battement d'aile avec Fin Ray Effect®, il se déplace dans l'air comme son modèle naturel en mer.
Un concept similaire peut être trouvé dans les AirPenguins de 2009. Leur technique de vol est très proche de la technique de nage de leurs modèles biologiques. Les ailes à rotation passive permettent de générer une poussée vers l'avant et vers l'arrière.
Les AirPenguins peuvent voler de manière autonome en groupe de trois et planer dans un espace aérien défini, qui est capturé par des émetteurs à ultrasons. Les pingouins sont libres de se déplacer dans cet espace.
Un microcontrôleur leur permet d'explorer cet espace de manière autonome ou selon des règles convenues.
Sur cette base, nous avons décodé le vol des oiseaux en 2011 et présenté le SmartBird. Le support technologique bionique, inspiré du goéland argenté, peut décoller, voler et atterrir lui-même, sans actionneur supplémentaire.
Le battement des ailes s'accompagne d'un mouvement de torsion ciblé. Ce dernier s'obtient par un entraînement actif à torsion articulaire qui permet, en relation avec une régulation complexe, d'obtenir un rendement en vol inégalé jusqu'à présent. Un diagnostic permanent sécurise le vol : pendant que le SmartBird vole, des données telles que la position de l'aile et la torsion de l'aile ou l'état de charge de la batterie sont enregistrées en continu et vérifiées en temps réel.
Un type de vol encore plus complexe peut être observé avec la libellule. Ses compétences en vol sont uniques : elle peut manœuvrer dans toutes les directions spatiales, rester immobile dans les airs et naviguer sans battement d'ailes. En raison de sa capacité à déplacer ses deux paires d'ailes indépendamment, elle peut freiner et tourner brusquement, accélérer rapidement et même voler en arrière.
Avec le BionicOpter, notre équipe bionique a implémenté ces propriétés très complexes dans un objet volant ultra-léger en 2013. Pour la première fois, un modèle maîtrise plus de conditions de vol que les hélicoptères, les avions à moteur et les planeurs réunis. En contrôlant la fréquence de battement et la rotation des ailes individuelles, les quatre peuvent être ajustées individuellement en termes de direction de poussée et de force de poussée. La libellule télécommandée peut prendre presque n'importe quelle orientation dans l'espace.
Festo a perfectionné la construction légère et la miniaturisation en 2015 avec les eMotionButterflies : chacun des papillons bioniques ne pèse que 32 grammes. Pour se rapprocher le plus possible du vol de leur modèle naturel, les eMotionButterflies disposent d'une électronique embarquée hautement intégrée. Il peut contrôler les ailes avec précision et individuellement et ainsi mettre en œuvre les mouvements rapides.
Dix caméras installées dans la pièce enregistrent les papillons à l'aide de leurs marqueurs infrarouges. Les caméras transmettent les données de position à un ordinateur pilote central, qui coordonne les papillons de l'extérieur.
Les bioniciens ont développé ce réseau intelligent et présentent le BionicFlyingFox, qui vole même de manière partiellement autonome, au salon Hannover Messe de 2018. Ceci est rendu possible par la combinaison de l'électronique embarquée et d'un système de vision externe. En conséquence, le chiroptère artificiel vole dans les airs avec une envergure de 2,28 mètres.
Une peau élastique et étanche à l'air s'étend du bout des doigts aux pieds du chiroptère artificiel. La membrane spécialement développée se compose d'un tricot en élasthanne et de feuilles soudées par points. Grâce à cette structure alvéolaire, le BionicFlyingFox peut voler même en cas de légères blessures au tissu bionique.
Aussi différent que soit le comportement de vol des animaux dans la nature, les défis majeurs pour le transfert à la technologie sont toujours la construction légère et l'intégration fonctionnelle. Avec le BionicFlyingFox, dans lequel tous les points d'articulation de sa cinématique fortement chargée se trouvent dans un seul plan, de sorte que toute l'aile puisse être pliée ensemble en utilisant le principe des ciseaux, Festo a maintenant décodé tous les types de vol du monde animal. Mais la nature propose de nombreuses autres solutions uniques qui inspireront à l'avenir l'équipe bionique pour de nouvelles solutions techniques.