V rámci našej siete Bionic Learning Network sa už viac ako 15 rokov zaoberáme fascináciou lietania. Odvtedy sme skúmali množstvo ďalších lietajúcich objektov a ich prirodzených princípov a technologicky ich implementovali, pričom sme sa učili z biologických modelov. Veľkou výzvou bolo autonómne správanie roja. S BionicBee teraz náš tím po prvýkrát vyvinul lietajúci objekt, ktorý dokáže lietať vo veľkom počte a úplne autonómne v roji.
S hmotnosťou približne 34 gramov, dĺžkou 22 centimetrov a rozpätím krídel 24 centimetrov je BionicBee doteraz najmenším lietajúcim objektom Bionic Learning Network. Vývojári prvýkrát použili metodiku generatívneho dizajnu: Po zadaní niekoľkých parametrov softvér založený na definovaných princípoch návrhu nájde optimálnu štruktúru s cieľom použiť čo najmenej materiálu pri čo najstabilnejšej konštrukcii. Táto konzistentná ľahká konštrukcia je nevyhnutná pre dobrú manévrovateľnosť a dĺžku letu.
V tele včely je umiestnená kompaktná konštrukcia pre mechanizmus mávania krídel, komunikačná technika a ovládacie prvky pre mávanie krídel a prispôsobenie geometrie krídel. Bezkomutátorový motor, tri servomotory, batéria, prevodovka a rôzne dosky plošných spojov sú inštalované na veľmi malom priestore. Inteligentná súhra motorov a mechaniky umožňuje napríklad presné nastavenie frekvencie úderov krídla pri rôznych manévroch.
Umelá včela lieta s frekvenciou tlkotu 15 až 20 sŕdc. Krídla sa otáčajú dopredu a dozadu pod uhlom 180 stupňov. Bezuhlíkový motor poháňa mávanie krídel bez vôle prostredníctvom presne vedenej ultraľahkej mechanickej konštrukcie. Čím vyššie sú otáčky, tým vyššia je frekvencia mávania a vztlak. Tri servomotory v koreni krídla cielene menia geometriu krídla, čím zvyšujú účinnosť v určitých polohách krídla a vedú k cielenej variácii generovaného vztlaku.
Ak má včela letieť dopredu, geometria je nastavená tak, aby vztlak v zadnej polohe polohy krídla bol väčší ako v polohe prednej. V dôsledku toho sa telo nakloní dopredu (pitch) a včela sa vydá do dopredného letu. Ak je geometria nastavená tak, že pravé krídlo generuje väčší vztlak ako ľavé krídlo, včela sa odkotúľa (kotúľa) okolo pozdĺžnej osi doľava a odletí do strany. Ďalšou možnosťou je nastavenie tak, že jedno krídlo generuje väčší vztlak vpredu a druhé krídlo vzadu. Tým sa včela otáča (prevodovka) okolo zvislej osi.
Autonómne správanie desiatich včiel sa dosahuje pomocou vnútorného lokalizačného systému s ultraširokopásmovou technológiou (UWB). Na tento účel je v miestnosti inštalovaných osem UWB kotiev na dvoch úrovniach. To umožňuje presné meranie doby behu a včely sa môžu lokalizovať v priestore. UWB kotvičky vysielajú signály jednotlivým včelám, ktoré nezávisle merajú vzdialenosti k príslušným vysielacím prvkom a pomocou časovej pečiatky si môžu vypočítať vlastnú polohu v priestore.
Aby mohli lietať v roji, včely sledujú cesty nastavené centrálnym počítačom. Vysoká úroveň priestorovej a časovej presnosti je nevyhnutná pre bezpečný a bezkolízny let v tesnej formácii. Pri plánovaní trasy treba brať do úvahy aj možnú vzájomnú interakciu spôsobenú turbulenciou vzduchu („down-wash“).
Keďže každá včela je stavaná ručne a aj tie najmenšie výrobné rozdiely môžu ovplyvniť letové správanie, majú včely aj funkciu automatickej kalibrácie: Po krátkom skúšobnom lete si každá včela určí svoje individuálne optimalizované parametre ovládača. Týmto spôsobom dokáže inteligentný algoritmus vypočítať hardvérové rozdiely medzi jednotlivými včelami a celý roj je možné ovládať zvonku, ako keby boli všetky včely identické.
S BionicBee vstupuje do hry množstvo zistení, ktoré naši vývojári získali v predchádzajúcich projektoch. Zapadá tak do série bionických lietajúcich objektov, ktoré boli vytvorené ako súčasť našej Bionic Learning Network. Už viac ako 15 rokov navrhujeme výskumné vozidlá, ktorých základné technické princípy sú odvodené od prírody. Na nasledujúcich stránkach môžete získať malý prehľad.
Spolu s inštitútmi, vysokými školami a partnermi skúmame biologické princípy s cieľom vyvíjať inovatívne nápady a riešenia pre našu hlavnú činnosť v oblasti automatizačnej techniky a technického vzdelávania. Získajte viac informácií o Bionic Learning Network alebo objavte ďalšie zaujímavé témy týkajúce sa spoločnosti Festo v našom blogu.