Fokus på effektivitet med robotfugl: afkodning af fuglens flyvning

Sølvmågen og elefantens snabel giver inspiration til nye bedrifter med hensyn til energieffektivitet og letvægtsdesign inden for automation

Hvad har sølvmågen og elefantens snabel at gøre med automationsteknologi? Festo gav svaret på Hannover-messen 2011, hvor virksomheden præsenterede de seneste fremtidskoncepter, inspireret af naturen og omsat til praksis i Bionic Learning Netværket. Med SmartBird er det lykkedes ingeniører fra Festo at afkode fugles flyvning og dermed opnå et yderligere gennembrud inden for automationsteknologien. Akkurat som det er tilfældet med Bionic Handling Assistant – der i 2010 modtog ”Deutscher Zukunftspreis”, den højeste anerkendelse inden for teknologiområdet, så fokuserer Festo i år også på energieffektivitet og letvægtskonstruktion. Festo sørger for friske impulser ikke kun inden for fabriksautomation, men også hvad angår procesautomation.

SmartBird: Fascinationen ved fuglens flyvning

Én af menneskehedens ældste drømme er at kunne flyve som en fugl – at bevæge sig frit gennem luften i alle dimensioner - og at tage et kig på verden i fugleflugtsperspektiv. Og fuglens flyvning i sig selv er ikke mindre fascinerende. Fugle får opdrift og forbliver luftbårne ved blot at bruge vingernes muskelkraft, hvorved de genererer den nødvendige fremdrift til at overvinde luftmodstanden og sætte deres kroppe i bevægelse – uden roterende ”komponenter” overhovedet. Naturen har sindrigt opnået den funktionelle samkøring af op- og fremdrift. Fugle måler, styrer og regulerer deres bevægelse gennem luften hele tiden og fuldstændig selvstyrende for blot at overleve. Til dette formål bruger de deres sanseorganer.

Fuglenes flyvning var længe omgivet af mystik. Mange videnskabsmænd mislykkedes i deres forsøg på at forstå, hvordan fugle flyver, og dette mysterium forblev uløst. Forskerholdet fra familieforetagendet Festo har nu, i 2011, haft held til at afsløre mysteriet omkring fuglens flyvning. Nøglen til forståelsen ligger i en unik bevægelse, der adskiller SmartBird fra alle tidligere mekaniske vingeklapkonstruktioner og tillader den ultra-lette men kraftfulde flymodel at sætte af, flyve og lande helt selvstyrende.

SmartBird flyver, glider og sejler gennem luften akkurat ligesom originalen – sølvmågen – uden yderligere fremdriftsmekanisme. Vingerne ikke blot slår op og ned, men de snor sig også i bestemte vinkler. Det muliggøres af et aktivt leddelt torsionsdrev, der i kombination med et komplekst styresystem fører til en hidtil ukendt effektivitet inden for flydrift. For første gang er det således lykkedes Festo at opnå en energieffektiv teknisk tilpasning af denne naturmodel.

Under udviklingen af modellen var ingeniørerne i stand til at trække på deres store erfaring og nyskabelser. Den erfaring, man havde høstet med Bionic Learning projekterne AirRay og AirPenguin blev indarbejdet i skabelsen af SmartBird. Fascinationen ved at bygge en kunstig fugl, der kunne sætte af, flyve og lande ved hjælp af baskende vinger alene gav inspirationen til udviklingsteamet: som global medspiller inden for pneumatik er Festos kontrol af luftstrømme uden sidestykke. I udviklingen og produktionen af de seneste generationer af cylindre og ventiler er målet at gøre optimal effektiv brug af luftstrømme til automationsteknologi.

En usædvanlig funktion ved SmartBird er den aktive drejning af vingerne, og at den har afskaffet brugen af yderligere opdriftsanordninger. Målet med SmartBird-projektet var at opnå en overordnet struktur, som er effektiv med hensyn til ressourcer og energiforbrug, med mindste totalvægt, i forening med funktionsintegration af frem- og opdrift i vingerne, og en flyvekontrolenhed i
krop- og haleregionerne. Øvrige krav var fremragende aerodynamik, høj effekttæthed for fremdrift, og maksimal behændighed ved fartøjet. Resultatet er et intelligent biomekatronisk totalsystem.

I praksis arbejder systemet frem for alt på en energieffektiv måde: frem- og opdrift opnås, som hensigten var, udelukkende ved hjælp af baskende vinger og har et energibehov på kun ca. 23 watt. SmartBird vejer totalt ca. 450 g og har et vingefang på 2 m. Målinger har vist en elektromekanisk ydeevne på omkring 45 %, og en aerodynamisk faktor på op til 80 %. SmartBird repræsenterer således et udmærket eksempel på funktionsintegration og ressourceeffektivt ultra-letvægtsdesign, og demonstrerer optimal anvendelse af luftstrømsfænomenet. Den vil betyde vigtige impulser for den fremtidige optimering af de kommende generationer af cylindre og ventiler.

De indbyggede elektroniske dele sikrer en præcis vingekontrol. Til gengæld kan parametrene for drejningskontrollen justeres og således optimeres i realtid under flyvningen. Vingeklapperne og deres drejning kontrolleres inden for kun få millisekunder, hvilket resulterer i optimal luftstrøm omkring vingerne. SmartBird flyvemodellen har ingen roterende dele udvendig og kan derfor ikke forårsage uheld. Den følger endvidere en fremgangsmåde, som allerede spillede en vigtig rolle i udviklingen af Bionic Handling Assistant: mand-maskine vekselvirkningen. Denne funktion ved både Bionic Handling Assistant og SmartBird udgør ikke nogen risiko for den levende operatør. Således er SmartBird med på listen over Festos fremtidsorienterede teknologier, der forventes at finde praktisk anvendelse. Mulige anvendelsesområder strækker sig fra vingegeneratorer inden for energisektoren til aktuatorer til procesautomation.

Se video på Youtube: www.youtube.com/festohq

Om Festo

Festo er en førende international leverandør af automationsteknologi. Med sine nyskabelser og den problemløsende ekspertise inden for pneumatisk og elektrisk automation er firmaet veletableret som ledende på området. Festos innovative styrke påvises med omkring 100 nye produkter, som lanceres hvert år, så vel som virksomhedens R&D procent på 9,5 og de 2.900 patenter, som virksomheden har på verdensplan. Festos nye tilgang til produktudvikling med anvendelsen af bionik og biomekatronik inden for rammerne af Bionic Learning Network, repræsenterer en sand vinder på området for automationsteknologi.

Emner