Na krilih narave

Letenje v bioničnem učnem omrežju

Sanje o letenju so ene najstarejših sanj človeštva. Že od nekdaj nas navdušuje živalski svet, ki nam na različne načine kaže, kako deluje. Letenje je tudi ponavljajoča se tema bioničnega učnega omrežja. V sodelovanju z univerzami, inštituti in razvojnimi podjetji že vrsto let oblikujemo raziskovalna vozila, katerih osnovna tehnična načela izhajajo iz narave.

Najprej so si naši strokovnjaki za bioniko ogledali plavuti mante. Ta živi v vodi, vendar njene velike prsne plavuti med plavanjem plapolajo navzgor in navzdol kot krila. To načelo smo leta 2007 prenesli na Air_ray. Oblika žarka, optimizirana za pretok, povečuje aerodinamično učinkovitost, medtem ko aktivni zasuk kril zagotavlja popoln razvoj moči. Servomotor izmenično vleče obe stranici v vzdolžni smeri, zaradi česar krilo usmerjeno udarja navzgor in navzdol. Z dodatnim servopogonom je mogoče krilo, ki maha, vrteti v prečni osi, kar omogoča tudi vzvratno manevriranje izdelka Air_ray. Zaradi lahke konstrukcije, vzgona na helij in pogona s plapolajočimi krili z učinkom Fin Ray Effect® se v zraku premika tako kot njegov naravni model v morju.

Podoben koncept je mogoče najti v AirPenguins iz leta 2009. Njihova tehnika letenja je zelo podobna tehniki plavanja njihovih bioloških modelov. Pasivno zasukana krila omogočajo ustvarjanje potiska naprej in nazaj.

AirPenguins lahko samostojno letijo v skupinah po tri in lebdijo v določenem zračnem prostoru, ki ga beležijo ultrazvočni oddajniki. V tem prostoru se pingvini lahko prosto gibljejo.

Mikrokrmilnik jim omogoča, da ta prostor raziskujejo samostojno ali v skladu z dogovorjenimi pravili.

Iz vode v zrak

Na podlagi tega smo leta 2011 dekodirali let ptic in predstavili SmartBird . Po navdihu srebrnega galeba lahko nosilec bionične tehnologije sam vzleti, leti in pristane – brez dodatnega pogona.

Njegova krila se ne samo dvigajo in spuščajo navzgor in navzdol, temveč se tudi usmerjeno zvijajo. To je mogoče doseči z aktivnim členastim torzijskim pogonom, ki v povezavi s kompleksnim krmilnim sistemom omogoča doslej nedosegljivo učinkovitost pri letenju. Stalna diagnostika varuje let: med letenjem naprave SmartBird se podatki, kot so položaj in zasuk kril ali stanje napolnjenosti baterije, nenehno beležijo in preverjajo v realnem času.

Sposobnosti letenja kačjega pastirja

Še bolj zapleteno vrsto letenja lahko opazujemo pri kačjem pastirju. Njegove letalske sposobnosti so edinstvene: v prostoru lahko manevrira v vseh smereh, se ustavi v zraku in poleti, ne da bi zamahnil s krili. Zmožnost neodvisnega gibanja obeh parov kril mu omogoča nenadno zaviranje in zavijanje, hitro pospeševanje in celo letenje nazaj.

Naša ekipa za bioniko je leta 2013 z izdelkom BionicOpter te zelo zapletene lastnosti tehnično izvedla v ultralahkem letečem predmetu. Model lahko prvič obvladuje več vrst letenja kot helikopterji, motorna letala in jadralna letala skupaj. S krmiljenjem frekvence udarjanja in zasuka posameznih kril je tako mogoče individualno prilagoditi smer in moč potiska vseh štirih kril. Tako lahko daljinsko vodeni kačji pastir zavzame skoraj poljubno položajno orientacijo v prostoru.

Skupinsko letenje

Podjetje Festo je leta 2015 z izdelkom eMotionButterflies izpopolnilo lahko konstrukcijo in miniaturizacijo: vsak bionični metulj tehta le 32 gramov. Da bi se čim bolj približali letu svojega naravnega vzornika, imajo metulji eMotionButterflies vgrajeno visoko integrirano elektroniko. Krila lahko krmili natančno in posamično ter tako izvaja hitre gibe.

Deset kamer, nameščenih v sobi, zaznava metulje s pomočjo infrardečih oznak. Kamere podatke o položaju posredujejo osrednjemu glavnemu računalniku, ki od zunaj koordinira metulje.

Festo BionicFlyingFox

BionicFlyingFox: med letom glavni računalnik ciljne poti leta umetne leteče lisice primerja z dejanskimi. S strojnim učenjem jih vedno bolje prilagaja.

Delno avtonomno letenje v določenem prostoru

Strokovnjaki za bioniko so to inteligentno mreženje še razvili in bodo na sejmu Hannover Messe 2018 predstavili BionicFlyingFox, ki celo napol avtonomno leti. To je mogoče s kombinacijo vgrajene elektronike in zunanjega sistema kamer. Tako umetni netopir leti po zraku z razponom kril 2,28 metra.

Od konic prstov do stopal umetnega netopirja se razteza raztegljiva, neprepustna koža. Posebej razvita membrana je sestavljena iz elastanske pletenine in točkovno varjene folije. Zaradi te satovite strukture lahko BionicFlyingFox leti tudi ob manjših poškodbah bionične tkanine.

Obnašanje živali pri letenju v naravi je tako različno, da sta za prenos v tehnologijo glavna izziva vedno lahka konstrukcija in funkcionalna integracija. Z modelom BionicFlyingFox, pri katerem so vse točke za prestavljanje zelo obremenjene kinematike v eni ravnini, tako da je mogoče celotno krilo zložiti po načelu škarij, je podjetje Festo razvozlalo vse načine letenja v živalskem svetu. Narava pa ponuja še veliko drugih edinstvenih rešitev, ki bodo ekipo bionike v prihodnosti navdihnile za nove tehnične rešitve.

Pregled