Pohľad na krídla prírody

Lietanie a Bionic Learning Network

O lietaní snívajú ľudia už od nepamäti. Vždy sa s úžasom pozeráme do sveta zvierat, ktoré dokážu lietať rôznymi spôsobmi. Lietanie je v Bionic Learning Network opakujúcou sa témou. V spolupráci s univerzitami, ústavmi a vývojovými spoločnosťami už roky navrhujeme prístroje, ktorých základné technické princípy vychádzajú z prírody.

Najskôr sa naši odborníci na bioniku pozreli na plutvy manty. Aj keď žije vo vode, jej veľké prsné plutvy sa pri plávaní vlnia hore a dole ako krídla. Tento princíp sme aplikovali v Air_ray v roku 2007. Optimalizovaný tvar plutvy zvyšuje aerodynamickú účinnosť, aktívna torzia krídel zaisťuje plný rozvoj sily. Servomotor pôsobí striedavo v pozdĺžnom smere na dve bočné strany, a tak krídlo cielene máva hore a dole. S prídavným servopohonom je možné krídlo otočiť po priečnej osi, a tak sa môže Air_ray pohybovať aj dozadu. Vďaka ľahkej konštrukcii, vztlaku vďaka héliu a mávaniu krídel na princípe Fin Ray Effect® sa Air_ray pohybuje vo vzduchu ako jeho vzor z mora.

Podobný koncept sa využíva aj v projekte AirPenguins z roku 2009. Technika letu sa veľmi podobá technike plávania prírodnej inšpirácie. Pasívnym otáčaním krídel je možné vytvoriť posun vpred a vzad.

AirPenguins dokážu autonómne lietať v trojici a vznášať sa vo vymedzenom vzdušnom priestore, ktorý je vybavený ultrazvukovými vysielačmi. Tučniaky sa vedia v tomto priestore voľne pohybovať.

Mikrokontrolér im umožňuje preskúmať tento priestor autonómne alebo podľa stanovených pravidiel.

Z vody do vzduchu

Potom sme v roku 2011 dešifrovali let vtákov a predstavili SmartBird. Toto bionické zariadenie inšpirované čajkou striebristou dokáže samostatne vzlietnuť, lietať a pristávať bez ďalšieho pohonu.

Krídla sa nepohybujú iba hore a dole, ale sa aj cielene otáčajú. Využíva sa na to aktívny kĺbový torzný pohon, ktorý v kombinácii s komplexným riadiacim systémom umožňuje nevídanú účinnosť letu. Nepretržitá diagnostika pre bezpečnosť letu. Ako SmartBird lieta, nepretržite sa zaznamenávajú a v reálnom čase kontrolujú údaje ako poloha a krútenie krídel alebo stav nabitia batérie.

Letové schopnosti vážky

Pri vážke možno pozorovať ešte zložitejší typ letu. Jej letové schopnosti sú jedinečné. Dokáže manévrovať v priestore vo všetkých smeroch, zostať nehybne vo vzduchu a plachtiť bez mávnutia krídlami. Keďže dokáže svojimi dvoma pármi krídel pohybovať nezávisle od seba, vie prudko zabrzdiť a otočiť sa, rýchlo zrýchliť a dokonca letieť dozadu.

Náš bionický tím v roku 2013 technicky preniesol tieto mimoriadne komplexné vlastnosti do ultraľahkého lietajúceho objektu a vytvoril BionicOpter. Bolo to prvýkrát, čo nejaký model dokázal zvládnuť viac letových podmienok ako vrtuľníky, motorové lietadlá a klzáky dohromady. Ovládaním frekvencie kmitania a otáčania jednotlivých krídel je možné každé zo štyroch krídel individuálne nastaviť pre istý smer a intenzitu posunu. Takto môže diaľkovo ovládaná vážka zaujať takmer akúkoľvek pozíciu v miestnosti.

Lietanie v skupine

Spoločnosť Festo zdokonaľovala ľahkú konštrukciu a miniaturizáciu a v roku 2015 predstavila umelé motýle eMotionButterflies. Každý z týchto bionických motýľov váži iba 32 gramov. Aby eMotionButterflies čo najlepšie napodobnili let svojho prírodného vzoru, sú vybavené vysoko integrovanou palubnou elektronikou. Krídla sa dajú presne a individuálne ovládať, aby sa mohli realizovať rýchle pohyby.

Desať kamier nainštalovaných v miestnosti zaznamenáva motýle pomocou ich infračervených značiek. Kamery posielajú údaje o polohe do centrálneho hlavného počítača, ktorý motýle koordinuje.

Festo BionicFlyingFox

BionicFlyingFox – počas letu hlavný počítač porovnáva cieľové dráhy umelého netopiera so skutočnými. Potom ich čoraz lepšie prispôsobuje pomocou strojového učenia.

Poloautonómne lietanie vo vymedzenej oblasti

Bionici túto inteligentnú sieť ďalej rozvíjali a na veľtrhu Hannover Messe v roku 2018 predstavili zariadenie BionicFlyingFox, ktoré lieta čiastočne autonómne. Využíva sa pritom kombinácia palubnej elektroniky a externého kamerového systému. A tak umelý netopier s rozpätím krídel 2,28 metra dokáže lietať vo vzduchu.

Od špičiek prstov k nohám umelého netopiera sa tiahne elastická, vzduchotesná koža. Táto špeciálne vyvinutá membrána pozostáva z elastanového úpletu a bodovo zváraných fólií. Vďaka tejto štruktúre môže BionicFlyingFox lietať aj s drobnými poškodeniami bionického tkaniva.

Zvieratá lietajú rôzne, no asi najťažšími problémami pri uplatnení ich letových vlastností v technike je ľahká konštrukcia a integrácia funkcií. Modelom BionicFlyingFox, pri ktorom sú všetky kĺbové body ťažko namáhanej kinematiky v jednej rovine, aby sa dalo na princípe nožníc sklopiť celé krídlo, teraz spoločnosť Festo dešifrovala všetky typy letu vo svete zvierat. Príroda však má mnoho ďalších jedinečných riešení, ktoré budú bionikov inšpirovať k novým technickým riešeniam.

Prehľad