費斯托BionicOpter 源于蜻蜓飛行的靈感
隨著2010年的“智能飛鳥”破解了鳥類飛行之謎,研發(fā)人員又通過仿生學習網(wǎng)絡戰(zhàn)勝下一項重大挑戰(zhàn):在技術層面給蜻蜓建模。BionicOpter(仿生蜻蜓)是超輕的飛行物體。正如其大自然原型,BionicOpter能夠朝各個方向飛行,并完成最復雜的飛行動作。BionicOpter能夠獨立運動每片羽翼,因此可以減速并迅速轉身、敏捷加速,甚至可以后退飛行。這意味著出現(xiàn)了首個可執(zhí)行直升飛機、噴氣飛機甚至滑翔機所有飛行條件的模型。盡管結構復雜,這個高度集成的系統(tǒng)卻能夠通過智能手機簡單直觀地操作。
費斯托以其BionicOpter將蜻蜓高度復雜的飛行特性在技術上付諸實施。這個超輕飛行物如同其自然樣板一樣可以隨心所欲向各個方向飛行、在空中定點飛行和緩緩滑翔而完全不用振動翅膀。
憑借超輕結構和各種功能的集成才使得BionicOpter能實現(xiàn)獨一無二的飛行。包括傳感器、致動器、機械元件以及開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的各個組件被安裝在非常緊湊的空間內并相互匹配。振翅頻率、幅度和傾角由軟件和電子設備控制;飛行員只需要控制蜻蜓的轉向,而無需協(xié)調復雜的運動序列。
超輕結構原理的應用貫穿于整個飛行物體。翼展63厘米,體長44厘米的蜻蜓模型僅有175克。羽翼由碳纖維框架和薄膜覆蓋層組成。智能運動學元件修正飛行過程中的任何振動以確保飛行穩(wěn)定性。為了使蜻蜓保持穩(wěn)定,在飛行過程中會對蜻蜓位置和羽翼扭轉數(shù)據(jù)進行實時記錄和評估。
與真正的蜻蜓一樣,BionicOpter能夠朝著任何方向飛行,進行最復雜的飛行機動。此外,BionicOpter還能單獨振動每一個翅膀,用以進行減速和急轉彎,加速和后退。費斯托公司的海因里希-弗洛特澤克博士表示:“之所以能夠擁有這種獨特的飛行能力要感謝輕量化設計以及所采用的各種裝置,例如傳感器、制動器、機械裝置以及開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。所有這些都安裝在一個非常狹小的空間內,彼此精確匹配。這意味著機器人第一次具備應對直升機、有翼飛機和滑翔機面臨的所有飛行環(huán)境的能力。盡管在設計上非常復雜,這個高度集成的系統(tǒng)在操作方面卻非常簡單,可以使用智能手機進行控制。
13個自由度造就無與倫比的飛行動作
此外,為了控制共有的振翅頻率和各翅膀的扭轉,在四個翅膀的每一個上都采用了振幅控制器。翅膀的扭轉決定著推力方向。通過振幅控制器,推力的大小能夠得到調節(jié)。與其聯(lián)用,遙控蜻蜓可幾乎到達各個空間角落。
高度集成的輕量結構設計
實現(xiàn)獨特飛行特性的前提條件是輕量結構和功能集成:無論是感應器、執(zhí)行元件和傳動機構等部件,還是控制和調節(jié)技術裝備,其安裝空間緊湊并相互配合。
費斯托以其遙控蜻蜓展示了無線實時通信、持續(xù)的信息交流、各種傳感器評估的匯總以及復雜情況和臨界狀態(tài)的識別。