Il sogno di volare è uno dei più antichi dell'uomo. Da sempre guardiamo affascinati al mondo animale, che ci insegna come funziona il volo in un'ampia varietà di modi. Anche nel Bionic Learning Network il volo è un argomento ricorrente. In collaborazione con università, istituti e società di sviluppo, progettiamo da anni veicoli di ricerca, i cui principi tecnici di base si basano direttamente sulla natura.
Per prima cosa, i nostri esperti di bionica hanno esaminato le pinne della manta. Questo animale vive nell'acqua, ma le sue grandi pinne pettorali si agitano su e giù come ali quando nuota. Questo principio lo abbiamo applicato all'Air_ray nel 2007. La forma della razza, ottimizzata per il flusso, aumenta l'efficienza aerodinamica, la torsione attiva delle ali garantisce il massimo sviluppo della potenza. Un servomotore trascina alternativamente in senso longitudinale i due fianchi facendo così oscillare l'ala su e giù in modo mirato. Con un servoazionamento aggiuntivo, l'ala può essere ruotata sul suo asse trasversale, in modo che l'Air_ray possa essere manovrato anche all'indietro. Grazie alla sua costruzione leggera, alla galleggiabilità dell'elio e al battente alare con Fin Ray Effect®, si libra nell'aria come il suo modello naturale in mare.
Un concetto simile è alla base anche di AirPenguins del 2009. La sua tecnica di volo si avvicina molto alla tecnica di nuoto dei suoi modelli biologici. La torsione passiva delle ali permette una spinta sia in avanti che all'indietro.
Gli AirPenguins possono volare autonomamente come un gruppo di tre e librarsi in uno spazio aereo definito, che viene registrato dalle stazioni di trasmissione degli ultrasuoni. All'interno di questo spazio, i pinguini possono muoversi liberamente.
Un microcontrollore permette loro di esplorare questo spazio in modo autonomo o secondo regole concordate.
Partendo da questo, abbiamo decifrato il volo degli uccelli nel 2011 e presentato SmartBird . Il vettore della tecnologia bionica, ispirato al gabbiano reale, può decollare, volare e atterrare da solo, senza ulteriore propulsione.
Le sue ali non solo sbattono su e giù, ma ruotano anche in modo mirato. Ciò avviene grazie a un azionamento di torsione articolato attivo, che, in combinazione con un complesso sistema di regolazione, raggiunge livelli di efficienza finora irraggiungibili durante il volo. Una diagnosi permanente protegge il volo: mentre lo SmartBird è in volo, dati come la posizione e la torsione dell'ala o lo stato di carica della batteria vengono continuamente registrati e controllati in tempo reale.
Un tipo di volo ancora più complesso può essere osservato nella libellula. Le sue abilità di volo sono uniche: può manovrare in tutte le direzioni nello spazio, rimanere in aria e fluttuare senza sbattere le ali. La capacità di muovere le sue due paia di ali in modo indipendente l'una dall'altra gli consente di frenare e di girarsi bruscamente, di accelerare rapidamente e persino di volare all'indietro.
Con BionicOpter il nostro team di bionica ha implementato tecnicamente queste proprietà altamente complesse in un oggetto volante ultraleggero nel 2013. Per la prima volta un modello possiede più condizioni di volo di un elicottero, un velivolo a motore e un aliante messi insieme. Controllando la frequenza di sbattimento e la torsione delle singole ali, tutte e quattro possono essere regolate separatamente nella direzione di spinta e nella forza di spinta. La libellula telecomandata può assumere quasi tutte le posizioni nello spazio.
Festo ha perfezionato la costruzione leggera e la miniaturizzazione nel 2015 con eMotionButterflies: ciascuna delle farfalle bioniche pesa solo 32 grammi. Per avvicinarsi il più possibile al volo del loro modello naturale, le eMotionButterflies hanno un'elettronica di bordo altamente integrata. Può controllare le ali in modo preciso e individuale e implementare così i movimenti veloci.
Dieci telecamere installate nella stanza seguono le farfalle tramite il marker a infrarossi. Le telecamere trasmettono i dati di posizione a un computer master centrale, che coordina le farfalle dall'esterno.
I bionici hanno sviluppato ulteriormente questa rete intelligente e alla Fiera di Hannover 2018 hanno presentato BionicFlyingFox, che vola anche in modo parzialmente autonomo. Ciò è possibile grazie alla combinazione di elettronica di bordo e un sistema di visione esterne. Di conseguenza, il pipistrello artificiale vola nell'aria con un'apertura alare di 2,28 metri.
Una pelle flessibile ed ermetica all'aria si estende dalla punta delle dita fino ai piedi del pipistrello artificiale. La membrana appositamente sviluppata è costituita da una maglia di elastan e lamine saldate a punti. Grazie a questa struttura a nido d'ape, il BionicFlyingFox può volare anche con lievi ferite al tessuto bionico.
Per quanto diverso sia il comportamento di volo degli animali in natura, le maggiori sfide per il trasferimento alla tecnologia sono sempre la costruzione leggera e l'integrazione funzionale. Grazie BionicFlyingFox, dove tutti i punti di articolazione della cinematica altamente sollecitata poggiano su un piano, in modo che l'intera ala possa essere ripiegata usando il principio delle forbici, Festo ha ora decifrato tutti i tipi di volo nel mondo animale. Ma la natura offre molte altre soluzioni esclusive che ispireranno il team di bionica per nuove soluzioni tecniche in futuro.