仿生学家们先是注意到了蝠鲼的胸鳍。蝠鲼虽生活在水中,但当它游动时,胸鳍却如同翅膀一般上下拍打。。2007年,我们将这一原理应用于Air_ray  中。这种人造鳍片采用气流优化式设计,可提高空气动力效率,同时翅膀可以灵活扭转,确保全部力量可以完全得到发挥。一台伺服电机沿纵向交替驱动两个侧翼,使羽翼上下摆动。另一个伺服电机驱动拍打着的翅膀沿横向轴旋转,由此操控 Air_ray 向后移动。凭借Fin Ray Effect® 轻巧的设计,氦气的浮力与拍打翅膀产生的驱动力,Air_ray能如同蝠鲼在水中游动一样在空气中移动。

2009 年开发的 AirPenguin 也采用了类似原理。它们运用的飞行技术与其生物样板的游动技巧类似。被动扭转翅膀可产生正向与反向推力。

AirPenguin 是第三组可以自主飞行的产品,它们漂浮于指定空间内,空间范围由超声波发射站进行监控。这些“企鹅”可在这一空间内自由移动。

微控制器使这些“企鹅”可以自主地或根据特定规则探索这一空间。

从水下延伸到天空

2011 年,我们在此基础上解码了鸟类飞行的秘密,并研发出了 SmartBird。该仿生设计受银鸥的启发,无需外力驱动即可进行自主启动、飞行和降落。

其翅膀不仅可以上下拍打,而且能以特定方式扭转。该设计中有一个活动的关节扭转驱动装置,可通过一系列复杂原理实现前所未有的高效驱动。通过连续诊断确保安全飞行。SmartBird 飞行时,翅膀位置、翅膀扭转情况或电池状态等数据均由软件记录下来和实时验证。

蜻蜓的飞行技巧

蜻蜓的飞行方式更为复杂。其飞行特性十分独特:它可以沿所有空间方向飞行、在空中保持静止且缓缓滑翔而完全不用拍打翅膀。蜻蜓的两对翅膀活动时互不影响,使其可以突然停止或转向,在短时间内加速,甚至是向后飞行。

2013 年,我们的仿生团队根据这些高度复杂的性能开发出了一款超轻型飞行器,即 BionicOpter。首次将直升机、引擎飞机和滑翔机这三种飞机的飞行方式汇聚于一个机型 通过控制拍打频率和每个翅膀的旋转,我们可以根据方向和推力强度分别对四个翅膀进行调整。远程操控蜻蜓飞行器到达所在空间内的几乎各个角落。

However different the flying behaviour of animals in the natural world may be, when transferring it to technology, the major challenges are always the lightweight design and functional integration. With the BionicFlyingFox, whose articulation points of the heavily loaded kinematic system are all on one plane so that the wings can be folded like scissors, Festo has now deciphered all the different types of flying found in the animal world. But nature provides many other unique solutions which will inspire the bionics team to find new technical solutions in the future.