Como parte da nossa Bionic Learning Network, há mais de 15 anos exploramos o fascínio pelo voar. Desde então, investigamos e implementamos tecnologicamente inúmeros outros objetos voadores e os seus princípios naturais, aprendendo com os modelos biológicos. Um dos grandes desafios era o comportamento autónomo do enxame. Com a BionicBee, a nossa equipa desenvolveu pela primeira vez um objeto voador que pode voar em grande número e de forma completamente autónoma formando um enxame.
Com cerca de 34 gramas, um comprimento de 22 centímetros e uma envergadura de asa de 24 centímetros, a BionicBee é o objeto voador mais pequeno da Bionic Learning Network até até à data. Pela primeira vez, os desenvolvedores utilizaram o método da construção generativa: após a introdução de alguns parâmetros, o software encontra a estrutura ótima baseando-se em princípios de construção definidos com o propósito de utilizar a menor quantidade de material possível na construção mais estável possível. Esta construção leve e consistente é elementar para conseguir uma boa manobrabilidade e duração do voo.
A construção compacta do mecanismo das asas, a tecnologia de comunicação e os componentes de controlo para as asas e a adaptação da geometria da asa encontram-se dentro do corpo da abelha. Um motor sem escovas, três servo motores, a bateria, a caixa de velocidades e várias placas de circuito estão instalados num espaço muito reduzido. A interação inteligente dos motores e da mecânica permite, por exemplo, ajustar com precisão a frequência do bater das asas para as diferentes manobras.
A abelha artificial voa com uma frequência de bater de asas de 15 a 20 Hertz. Para isso, as asas avançam e retrocedem criando um ângulo de 180 graus. O motor sem escovas aciona o bater das asas sem folgas através de uma construção mecânica ultraleve guiada com precisão. Quanto maior for a velocidade de rotação, maior será a frequência do bater das asas e a força de elevação. Os três servo motores na raiz da asa alteram a geometria da asa de forma seletiva, aumentando assim a eficácia em determinadas posições da asa e dando lugar a uma variação seletiva da força de elevação gerada.
Se a abelha for voar para a frente, a geometria ajusta-se para que a força de elevação na posição traseira da asa seja superior à da posição frontal. Isto faz com que o corpo se incline para a frente (nick) e a abelha voe para a frente. Se a geometria for definida de modo que a asa direita gere uma força de elevação superior à da esquerda, a abelha gira (roll) sobre o seu eixo longitudinal para a esquerda e voa movendo-se para o lado. Outra possibilidade é ajustá-la de modo que uma asa gere mais força de elevação na parte frontal e a outra na parte de trás. Isto faz com que a abelha gire (gear) sobre o seu eixo vertical.
O comportamento autónomo das dez abelhas é alcançado com a ajuda de um sistema de localização em interiores com tecnologia de banda ultralarga (UWB). Para isso, instalam-se oito antenas de ancoragem UWB em dois níveis do recinto. Isto permite uma medição precisa do tempo de funcionamento e as abelhas podem localizar-se entre elas dentro do recinto. As antenas de ancoragem UWB enviam sinais a cada uma das abelhas, que medem de forma independente as distâncias aos respetivos elementos transmissores e podem calcular a sua própria posição no espaço utilizando as marcas de tempo.
Para voar num enxame, as abelhas seguem trajetórias especificadas por um computador central. Para um voo seguro e sem colisões em formação fechada é necessária uma grande precisão espacial e temporal. A possível interação mútua devido a turbulências do ar ("down-wash") também deve ser considerada ao planear trajetórias.
Como cada abelha é construída à mão e mesmo as menores diferenças de produção podem influenciar o comportamento de voo, as abelhas têm também uma função de calibração automática: após um voo de teste curto, cada abelha determina os seus parâmetros de regulação otimizados individualmente. Deste modo, o algoritmo inteligente pode resolver as diferenças de hardware entre cada uma das abelhas, o que permite controlar todo o enxame desde o exterior como se todas as abelhas fossem iguais.
A BionicBee aproveita os inúmeros conhecimentos adquiridos pelos nossos desenvolvedores em projetos anteriores. Junta-se assim a uma série de objetos voadores biónicos que surgiram dentro da nossa Bionic Learning Network. Há mais de 15 anos que criamos protótipos cujos princípios técnicos fundamentais derivam da natureza. Nas próximas páginas, pode perceber um pouco mais sobre o tema.