W ramach Bionic Learning Network od ponad 15 lat odkrywamy możliwości lotu. W tym czasie zbadaliśmy liczne obiekty latające i ich naturalne zasady, ucząc się z modeli biologicznych, by na ich podstawie stworzyć własną technologię. Dużym wyzwaniem było autonomiczne zachowanie roju. Dzięki BionicBee nasz zespół po raz pierwszy opracował obiekt latający, który może latać w dużej liczbie i całkowicie autonomicznie w roju.
Przy wadze około 34 gramów, długości 22 centymetrów i rozpiętości skrzydeł 24 centymetrów, BionicBee jest jak dotąd najmniejszym obiektem latającym Bionic Learning Network. Po raz pierwszy twórcy wykorzystali metodologię projektowania generatywnego: po wprowadzeniu kilku parametrów oprogramowanie znajduje optymalną strukturę w oparciu o zdefiniowane zasady projektowania, aby użyć jak najmniej materiału przy możliwie najbardziej stabilnej konstrukcji. Ta spójna lekka konstrukcja jest kluczowa dla dobrej manewrowości i długości lotu.
Ciało pszczoły stanowi kompaktową obudowę dla mechanizmu skrzydła, technologii komunikacyjnej, jak również komponentów sterujących biciem skrzydeł i adaptacją geometrii skrzydła. Silnik bezszczotkowy, trzy serwomotory, akumulator, przekładnia i różne płytki drukowane są zainstalowane w bardzo małej przestrzeni. Inteligentna interakcja między silnikami a układem mechanicznym umożliwia precyzyjne dostosowanie częstotliwości uderzeń skrzydeł na przykład do różnych manewrów.
Sztuczna pszczoła lata z częstotliwością uderzeń od 15 do 20 Hz. W trakcie tego procesu skrzydła biją tam i z powrotem pod kątem 180 stopni. Silnik bezszczotkowy napędza bezluzowo bijak skrzydła poprzez precyzyjnie prowadzoną, ultralekką konstrukcję mechaniczną. Im większa prędkość, tym większa częstotliwość bicia skrzydeł i siła nośna. Trzy silniki serwo u podstawy skrzydła zmieniają geometrię skrzydła w sposób ukierunkowany, zwiększając efektywność w określonych pozycjach skrzydła i prowadząc do specyficznej zmienności generowanej siły nośnej.
Jeśli pszczoła ma lecieć do przodu, geometrię ustawia się tak, aby w tylnym położeniu pozycji skrzydła siła nośna była większa niż w położeniu do przodu. Powoduje to przechylenie ciała do przodu (pitch) i pszczoła przechodzi do lotu do przodu. Jeśli geometria zostanie ustawiona tak, że prawe skrzydło wytwarza większą siłę nośną niż lewe, pszczoła obraca się wokół osi podłużnej w lewo i odlatuje na bok. Inną możliwością jest ustawienie jej w taki sposób, że jedno skrzydło generuje większą siłę nośną z przodu, a drugie z tyłu. Powoduje to, że pszczoła obraca się (przekładnia) wokół osi pionowej.
Autonomiczne zachowanie dziesięciu pszczół osiągnięto za pomocą wewnętrznego systemu lokalizacji w technologii ultra szerokopasmowej (UWB). W tym celu na dwóch poziomach w pomieszczeniu zainstalowano osiem punktów UWB. Dzięki temu możliwy jest dokładny pomiar czasu pracy, a pszczoły mogą lokalizować się w pomieszczeniu. UWB wysyłają sygnały do poszczególnych pszczół, które niezależnie mierzą odległości do odpowiednich elementów nadawczych i mogą obliczyć własną pozycję w przestrzeni, korzystając ze znaczników czasowych.
Aby latać w roju, pszczoły podążają ścieżkami określonymi przez centralny komputer. Wysoka dokładność przestrzenna i czasowa jest wymagana do bezpiecznego i bezkolizyjnego lotu w zwartej formacji. Podczas planowania pasa startowego należy również wziąć pod uwagę możliwe wzajemne oddziaływanie spowodowane turbulencjami powietrza ("down-wash").
Ponieważ każda pszczoła jest budowana ręcznie i nawet najmniejsze różnice produkcyjne mogą wpływać na zachowanie w locie, pszczoły mają również funkcję automatycznej kalibracji: po krótkim locie testowym każda pszczoła określa indywidualnie zoptymalizowane parametry kontrolera. W ten sposób inteligentny algorytm może opracować różnice sprzętowe między poszczególnymi pszczołami, umożliwiając sterowanie całym rojem z zewnątrz, tak jakby wszystkie pszczoły były identyczne.
BionicBee wykorzystuje liczne spostrzeżenia zdobyte przez naszych programistów w poprzednich projektach. Tym samym dołącza do serii bionicznych obiektów latających, które powstały w ramach naszej Bionic Learning Network. Od ponad 15 lat rozwijamy platformy badawcze, których podstawowe zasady techniczne wynikają z natury. Mały wgląd można uzyskać na kolejnych stronach.