Hoe houdt moeder natuur haar gevleugelde schepsels in de lucht? Festo bestudeert binnen het Festo Bionoc Learning Network al meer dan vijftien jaar de vlucht van insecten als de bij. Hun BionicBee moet nu inzichtelijk maken hoe dit volledig autonoom met grote zwermen kan.
Met ongeveer 34 gram, een lengte van 22 centimeter en een spanwijdte van 24 centimeter is de BionicBee het kleinste vliegende object van het Festo Bionic Learning Network tot nu toe. Voor het eerst gebruikten de ontwikkelaars de methode van generatief ontwerp: na het invoeren van enkele parameters vindt de software de optimale structuur op basis van gedefinieerde ontwerpprincipes om zo weinig mogelijk materiaal te gebruiken bij een zo stabiel mogelijke constructie. Deze consequente lichtgewicht constructie is elementair voor een goede wendbaarheid en vluchtduur.
DEZE ARTIKELEN over Festo vind je vast ook interessant om te LEZEN:
- Druivencontrole versneld door vision, AI en Simplified Motion Series
- Digitale tweelingen geven boost aan machine-ontwikkeling
- Festo blijft op koers voor groei en innovatie
Functie-integratie in een kleine inbouwruimte
De compacte constructie voor het slagvleugelmechanisme, de communicatietechnologie en de besturingscomponenten voor de vleugelslag alsmede de aanpassing van de vleugelgeometrie bevinden zich in het bijenlichaam. Een borstelloze motor, drie servomotoren, de accu, de versnellingsbak en diverse printplaten zijn geïnstalleerd in een zeer kleine ruimte. Door de intelligente interactie van motoren en mechanica kunnen bijvoorbeeld de frequentie van de vleugelslag nauwkeurig worden ingesteld voor de verschillende manoeuvres.
Natuurlijke vliegmanoeuvres
De kunstbij vliegt met een slagfrequentie van 15 tot 20 Herz. Daarbij slaan de vleugels heen en weer in een hoek van 180 graden. De borstelloze motor drijft de vleugelslag spelingsvrij aan via een nauwkeurig geleide, ultralichte, mechanische constructie. Hoe hoger het toerental, hoe hoger de slagfrequentie en de lift. De drie servomotoren aan de vleugelwortel veranderen de geometrie van de vleugel op een gerichte manier, waardoor de effectiviteit in bepaalde vleugelposities toeneemt en de opgewekte lift gericht varieert.
Als de bij naar voren moet vliegen, wordt de geometrie zodanig aangepast dat de lift in de achterste stand van de vleugel groter is dan in de voorste stand. Hierdoor kantelt het lichaam naar voren en gaat de bij in voorwaartse vlucht. Als de geometrie zo is ingesteld dat de rechtervleugel meer lift genereert dan de linkervleugel, rolt de bij om de lengte-as naar links en vliegt zijwaarts weg. Een andere mogelijkheid is het zo af te stellen dat de ene vleugel meer lift aan de voorkant genereert en de tweede vleugel meer lift aan de achterkant. Hierdoor draait de bij om de verticale as.
Lokaliseren met UWB
Het autonome gedrag van de kunstbijen gebeurt met behulp van een indoor lokalisatiesysteem met Ultra-Wideband-Technologie (UWB). Daartoe worden acht UWB-ankers geïnstalleerd op twee niveaus in de ruimte. Dit maakt een nauwkeurige meting van de looptijd mogelijk en de bijen kunnen zichzelf in de ruimte lokaliseren. De UWB-ankers sturen signalen naar de individuele bijen, die zelfstandig de afstanden tot de respectieve zendelementen meten en aan de hand van de tijdstempels hun eigen positie in de ruimte kunnen berekenen.
Om in een zwerm te vliegen, volgen de bijen de paden die door een centrale computer zijn opgegeven. Een hoge ruimtelijke en temporele nauwkeurigheid is vereist voor veilig en botsingsvrij vliegen in nauwe formatie. Bij het plannen van de start- en landingsbaan moet ook rekening worden gehouden met mogelijke onderlinge interactie door luchtturbulentie.
Automatisch kalibreren
Omdat elke bij met de hand wordt gebouwd en zelfs de kleinste fabricageverschillen het vlieggedrag kunnen beïnvloeden, hebben de bijen ook een automatische kalibratiefunctie: na een korte testvlucht bepaalt elke bij zijn individueel geoptimaliseerde regelparameters. Op deze manier kan het intelligente algoritme de hardwareverschillen tussen de individuele bijen wegwerken, waardoor de hele zwerm van buitenaf bestuurd kan worden alsof alle bijen identiek zijn.
Meer over Festo.