17 feb. 1999
3 minuten
Op basis van onderzoek naar de natuurlijke vlucht van een zilvermeeuw zijn medewerkers van Festo erin geslaagd een autonoom vliegende vogel te ontwikkelen – de SmartBird. Zonder externe aandrijving bewegen de vleugels van de SmartBird zich geheel natuurlijk waardoor hij, net als een echte vogel, kan zweven en zich kan voortbewegen.
Aan de basis staat een actieve gewrichtstorsie aandrijving gecombineerd met een complexe regeling. Het resultaat kan bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe aandrijf- en handlingtechnologieën, het realiseren van een betere energie-efficiëntie ten behoeve van bijvoorbeeld automatiseringsdoeleinden en lichtgewicht constructies.
De SmartBird is ontwikkeld door Festo engineers in Duitsland in het kader van het ‘Bionic Learning Network’. Het team onderzoekt op welke wijze de natuur oplossingen heeft gevonden voor complexe zaken als vliegen, het oppakken van een nootje met een olifantenslurf en het zwemmen onder water. Dit heeft al geleid tot de ontwikkeling van onder meer de Bionische Handling Assistent – deze won in 2010 de hoogste techniekonderscheiding in Duitsland -, de Robotino XT en de Bionische Tripod 3.0. Aan dit rijtje is kort geleden de SmartBird toegevoegd.
Complexe beweging
Vogels gebruiken uitsluitend de spierkracht van hun vleugels om de benodigde lift te realiseren. Met dezelfde vleugels wordt daarnaast de stuwkracht gegenereerd die nodig is om de stromingsweerstand te overwinnen en hun lichaam in beweging te zetten. Roterende delen komen er echter niet aan te pas. De functie-integratie van opwaartse en voorwaartse kracht wordt namelijk gerealiseerd door zowel een op- en neergaande beweging van de vleugels als het gericht verdraaien ervan. Het regelen van de bewegingen gebeurt via de zintuigen van het dier.
Door deze beweging nauwkeurig te analyseren – waarbij de zilvermeeuw model heeft gestaan – zijn de Festo-engineers erin geslaagd een vogel te ontwikkelen die geheel op eigen kracht kan vliegen en tevens kan opstijgen en landen. Hierin zijn onder meer de ervaringen uit de Bionic Learning projecten AirRay en AirPenguin gebruikt.
SmartBird
Het biomechatronisch eindresultaat – de SmartBird – is opgebouwd uit een energie- en hulpbronefficiënte structuur met een totaalgewicht van 450 gram. Deze structuur is voorzien van geïntegreerde functionaliteiten (via een actieve gewrichtstorsie aandrijving) waardoor de vogel zowel kan opstijgen, vliegen als landen uitsluitend op basis van de vleugelslagen. De functionaliteiten zijn logischerwijs opgenomen in de vleugels en de vluchtbesturing in romp en staart. Daarnaast zijn er strenge eisen gesteld aan de aerodynamische eigenschappen van de constructie en de vermogensdichtheid van de aandrijving.
De ‘onboard’ elektronica verzorgt de nauwkeurige aansturing van de vleugels. Daarbij kunnen de besturingsparameter realtime worden ingesteld en geoptimaliseerd. De besturing van de bewegingsvolgorde van de vleugelslagen en de verdraaiing van de vleugels volgt in cyclussen van milliseconden waardoor een optimale luchtstroom langs de vleugels ontstaat.
Het eindresultaat heeft een vleugelspanwijdte van 2 m en een vermogen van slechts
23 W nodig. Bij metingen is dan ook een elektromechanisch rendement tot 45% en een aerodynamisch rendement tot 80% vastgesteld.
Nut
Het model van de SmartBird laat zien dat het mogelijk is lift- en stuwkrachten te realiseren zonder gebruik te maken van roterende delen. Een belangrijk gegeven in het kader van bijvoorbeeld een veilige interactie tussen mens en machine in industriële applicaties. Mogelijke toepassingsgebieden variëren van actuatoren in de procesautomatisering tot energie-opwekking en hefvleugelgeneratoren.
De SmartBird zal zijn te zien op de beurs Industrial Automation & Drives in Utrecht. Daar zal hij zijn entree maken op woensdag 3 oktober op de Festo stand (Hal 3, standnummer B052).
Anderen lazen ook
