Szárnyaló természet

Repülés a Bionic Learning Network-nél

A repülés az emberiség egyik legrégebb álma. Mindig is lenyűgözött bennünket az állatvilág, amely sokféleképpen mutatja meg nekünk, hogyan működik. A Bionic Learning Network is gyakran foglalkozik a repülés témakörével. Egyetemekkel, intézetekkel és fejlesztőcégekkel együttműködve évek óta olyan kutatási platformokat tervezünk, amelyek műszaki alapelvei a természetből származnak.

Bionikai szakértőink először az ördögrája uszonyait vizsgálták meg. Bár vízben él, nagy melluszonyai mégis úgy csapkodnak fel és le úszás közben, mint a szárnyak. Ezt az elvet vettük át 2007-ben az Air_ray révén. A rája áramlásoptimalizált formája növeli az aerodinamikai hatékonyságot, míg a szárnyak aktív csavarása a teljes erőkifejtést biztosít. Egy szervomotor felváltva húzza a két szárnyat hosszirányban, így a szárny célzottan felfelé és lefelé csapkod. Egy kiegészítő szervohajtással a csapkodó szárny elforgatható a keresztirányú tengelyében, így a Air_ray hátrafelé is manőverezhet. Könnyű szerkezetének, a hélium felhajtóerejének és a Fin Ray Effect®-tel rendelkező csapkodó szárnyhajtásnak köszönhetően úgy mozog a levegőben, mint természetes modellje a tengerben.

Hasonló koncepciót találunk a 2009-es AirPenguin szerkezetnél is. Repülési technikájuk nagyon közel áll a biológiai modelljeik úszástechnikájához. A passzívan csavarodó szárnyak mind előre, mind hátra képesek mozgatni.

Az AirPenguins háromfős csoportban képesek önállóan repülni, és egy, az ultrahangos adóállomások jele által meghatározott légtérben lebegve mozogni. Ebben a térben a pingvinek szabadon mozoghatnak.

A mikrokontroller lehetővé teszi számukra, hogy önállóan vagy adott szabályok szerint fedezzék fel ezt a teret.

A vízből a levegőbe

Erre építve dekódoltuk 2011-ben a madarak repülését, és bemutattuk a SmartBird robotunkat. Az ezüstsirály által inspirált bionikus technológiai platform képes önállóan, segítség nélkül felszállni, repülni, majd leszállni.

Szárnyai nemcsak fel-le csapkodnak, hanem célirányosan csavarodnak. Ezt egy aktív csuklós csavarhajtással értük el, amely egy összetett vezérlővel együtt korábban nem tapasztalt hatékonyságot valósít meg a repülési műveletekben. A repülést folyamatos diagnosztika teszi biztonságossá: A SmartBird repülés közben folyamatosan rögzíti és valós időben ellenőrzi a szárny pozícióját, a szárny csavarodását vagy az akkumulátor kapacitását.

A műrepülő szitakötő

A szitakötőknél még összetettebb típusú repülés figyelhető meg. Műrepülő képességei páratlanok: Képes minden irányban manőverezni a térben, egy helyben lebegni vagy szárnycsapkodás nélkül siklani. Mivel két szárnypárját egymástól függetlenül tudja mozgatni, képes hirtelen fékezni és fordulni, erőteljesen gyorsítani, de akár hátrafelé is repülni.

Bionikai csapatunk 2013-ban az ultrakönnyű BionicOpter formájában valósította meg műszakilag ezeket a rendkívül összetett tulajdonságokat. Ez az első olyan repülő tárgy, amely több módon képes repülni, mint a helikopterek, repülőgépek és vitorlázórepülők együttvéve. A csapkodási frekvencia és az egyes szárnyak csavarodásának szabályozásával mind a négy szárny tolóereje és iránya külön-külön állítható. A távirányítású szitakötő így szinte bármilyen pozíciót felvehet a térben.

Kollektív repülés

2015-ban a Festo az eMotionButterflies projekt keretében tökéletesítette a könnyűszerkezetes építést és a miniatürizálást. A bionikus pillangók mindössze 32 grammot nyomnak és nagymértékben integrált fedélzeti elektronikával rendelkeznek, hogy a lehető legjobban megközelítsék természetes példaképük repülését. A szárnyakat pontosan és egyedileg lehet vezérelni és gyors mozgásokat megvalósítani.

A teremben elhelyezett tíz kamera infravörös jelölőik segítségével érzékeli a pillangókat. A kamerák egy vezérlő számítógépnek továbbítják a pozícióadatokat, amely kívülről koordinálja a pillangók mozgását.

Festo BionicFlyingFox

BionicFlyingFox: A repülés során egy vezérlő számítógép összehasonlítja a mesterséges denevér előírt repülési útvonalait a ténylegesekkel. A számítógép a gépi tanulás módszerével egyre jobban és jobban képes az útvonalakat az előírthoz közelíteni.

Félautonóm repülés egy körülhatárolt térben

Bionikai szakértőink időközben továbbfejlesztették ezt az intelligens hálózatot, és a 2018. évi Hannoveri Vásáron bemutatták a BionicFlyingFox félautonóm repülésre képes verzióját. Ehhez szintén fedélzeti elektronika és a külső kamerarendszer kombinációját használták. A mesterséges denevér ezek segítségével képes a 2,28 méteres szárnyfesztávolságával repülni.

A műdenevér ujjai és lábujjai között egy rugalmas, levegőt nem áteresztő bőr van kifeszítve. A speciális membrán kötött elasztánból és ponthegesztett fóliákból áll. Ennek a méhsejtes szerkezetnek köszönhetően a BionicFlyingFox még a bionikus szövet kisebb sérülései esetén is képes repülni.

Bármennyire is különbözik az állatok repülési viselkedése a természetben, azok műszaki leképezésekor mindig a könnyű szerkezet kialakítása és a funkcióintegráció jelenti a legnagyobb kihívást. A BionicFlyingFox esetében a nagy igénybevételnek kitett kinematika minden csuklópontja egy síkban helyezkedik el, így az egész szárny egy ollóhoz hasonlóan összecsukható, így a Festo most már az állatvilág minden repülési módját képes utánozni. A természet azonban sok más egyedi megoldást is kínál még, amelyek a jövőben új műszaki megoldásokra fogják inspirálni bionikai csapatunkat.

Áttekintés