Als onderdeel van ons Bionic Learning Network onderzoeken we al meer dan 15 jaar de fascinatie van het vliegen. Sindsdien hebben wij talrijke, andere vliegende objecten en hun natuurlijke principes onderzocht en technologisch geïmplementeerd, waarbij wij hebben geleerd van de biologische modellen. Een grote uitdaging was het autonome zwermgedrag. Met de BionicBee heeft ons team nu voor het eerst een vliegend object ontwikkeld dat in grote aantallen en volledig autonoom in een zwerm kan vliegen.
Met ongeveer 34 gram, een lengte van 22 centimeter en een spanwijdte van 24 centimeter is de BionicBee het kleinste vliegende object van het Bionic Learning Network tot nu toe. Voor het eerst gebruikten de ontwikkelaars de methode van generatief ontwerp: na het invoeren van enkele parameters vindt de software de optimale structuur op basis van gedefinieerde ontwerpprincipes om zo weinig mogelijk materiaal te gebruiken bij een zo stabiel mogelijke constructie. Deze consequente lichtgewicht constructie is elementair voor een goede wendbaarheid en vluchtduur.
De compacte constructie voor het slagvleugelmechanisme, de communicatietechnologie en de besturingscomponenten voor de vleugelslag en de aanpassing van de vleugelgeometrie bevinden zich in het bijenlichaam. Een borstelloze motor, drie servomotoren, de accu, de versnellingsbak en diverse printplaten zijn geïnstalleerd in een zeer kleine ruimte. Door de intelligente interactie van motoren en mechanica kunnen bijvoorbeeld de frequentie van de vleugelslag nauwkeurig worden ingesteld voor de verschillende manoeuvres.
De kunstbij vliegt met een slagfrequentie van 15 tot 20 herz. Daarbij slaan de vleugels heen en weer in een hoek van 180 graden. De borstelloze motor drijft de vleugelslag spelingsvrij aan via een nauwkeurig geleide, ultralichte, mechanische constructie. Hoe hoger het toerental, hoe hoger de slagfrequentie en de lift. De drie servomotoren aan de vleugelwortel veranderen de geometrie van de vleugel op een gerichte manier, waardoor de effectiviteit in bepaalde vleugelposities toeneemt en de opgewekte lift gericht varieert.
Als de bij naar voren moet vliegen, wordt de geometrie zodanig aangepast dat de lift in de achterste stand van de vleugel groter is dan in de voorste stand. Hierdoor kantelt het lichaam naar voren (Nick) en gaat de bij in voorwaartse vlucht. Als de geometrie zo is ingesteld dat de rechtervleugel meer lift genereert dan de linkervleugel, rolt (rolt) de bij om de lengteas naar links en vliegt zijwaarts weg. Een andere mogelijkheid is het zo af te stellen dat de ene vleugel meer lift aan de voorkant genereert en de tweede vleugel meer lift aan de achterkant. Hierdoor draait (gear) de bij om de verticale as.
Het autonome gedrag van de tien bijen wordt bereikt met behulp van een indoor lokalisatiesysteem met Ultra-Wideband-Technologie (UWB). Daartoe worden acht UWB-ankers geïnstalleerd op twee niveaus in de ruimte. Dit maakt een nauwkeurige meting van de looptijd mogelijk en de bijen kunnen zichzelf in de ruimte lokaliseren. De UWB-ankers sturen signalen naar de individuele bijen, die zelfstandig de afstanden tot de respectieve zendelementen meten en aan de hand van de tijdstempels hun eigen positie in de ruimte kunnen berekenen.
Om in een zwerm te vliegen, volgen de bijen de paden die door een centrale computer zijn opgegeven. Een hoge ruimtelijke en temporele nauwkeurigheid is vereist voor veilig en botsingsvrij vliegen in nauwe formatie. Bij het plannen van de start- en landingsbaan moet ook rekening worden gehouden met mogelijke onderlinge interactie door luchtturbulentie ("down-wash").
Omdat elke bij met de hand wordt gebouwd en zelfs de kleinste fabricageverschillen het vlieggedrag kunnen beïnvloeden, hebben de bijen ook een automatische kalibratiefunctie: na een korte testvlucht bepaalt elke bij zijn individueel geoptimaliseerde regelparameters. Op deze manier kan het intelligente algoritme de hardwareverschillen tussen de individuele bijen wegwerken, waardoor de hele zwerm van buitenaf bestuurd kan worden alsof alle bijen identiek zijn.
De BionicBee maakt gebruik van talrijke inzichten die onze ontwikkelaars in eerdere projecten hebben opgedaan. Het voegt zich daarmee bij een reeks bionische vliegende objecten die zijn gemaakt als onderdeel van ons Bionic Learning Network. Al meer dan 15 jaar ontwerpen wij onderzoeksdragers waarvan de technische basisprincipes aan de natuur zijn ontleend. U kunt een klein inzage krijgen op de volgende pagina's.