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德國(guó)FESTO仿生學(xué)從自然界中發(fā)現(xiàn)雙翼的靈感

 更新日期: 2018-11-20點(diǎn)擊量:982

從自然界中發(fā)現(xiàn)雙翼的靈感

 

Technik in 60 Sekunden - Fliegen

飛行是人類古老的夢(mèng)想之一。一直以來(lái),我們執(zhí)著于觀察動(dòng)物世界中的構(gòu)造。在仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目中,飛行同樣是一個(gè)高頻話題。多年以來(lái),費(fèi)斯托與高校、研究機(jī)構(gòu)和研發(fā)企業(yè)合作,借鑒自然界的基本科學(xué)原理,打造了眾多研究載體。

 

仿生學(xué)家們先是注意到了蝠鲼的胸鰭。蝠鲼雖生活在水中,但當(dāng)它游動(dòng)時(shí),胸鰭卻如同翅膀一般上下拍打。2007年,我們將這一原理應(yīng)用于Air_ray 中。憑借Fin Ray Effect®輕巧的設(shè)計(jì),氦氣的浮力與拍打翅膀產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力,Air_ray能如同蝠鲼在水中游動(dòng)一樣在空氣中移動(dòng)。在仿生學(xué)理念的引導(dǎo)下,AirPengiuns 于2009年問世。AirPenguins的飛行技術(shù)與企鵝的游泳技術(shù)十分接近,通過(guò)被動(dòng)扭轉(zhuǎn)翅膀可產(chǎn)生正向與反向推動(dòng)力

從水下延伸到天空

在此基礎(chǔ)上,我們已經(jīng)于2011年破解鳥類飛行的秘密,并推出SmartBird. 該仿生設(shè)計(jì)受銀鷗生物體構(gòu)造的啟發(fā),可自主完成啟動(dòng)、飛行與降落,無(wú)需外界驅(qū)動(dòng);其翅膀不僅可以上下拍打,還能向既定方向扭轉(zhuǎn)。該設(shè)計(jì)中有一個(gè)活動(dòng)的關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置,可通過(guò)一系列復(fù)雜原理實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)。

BionicOpter蜻蜓的飛行技巧

如果觀察蜻蜓的世界,就會(huì)發(fā)現(xiàn)一種更復(fù)雜的飛行方式。蜻蜓的飛行技巧十分*:它們可延任意軌跡靈活飛行,可停留在空中,也可張開雙翼滑翔。蜻蜓的兩對(duì)翅膀活動(dòng)時(shí)互不影響,使其可以突然停止或轉(zhuǎn)向,在短時(shí)間內(nèi)加速,甚至是向后飛行。通過(guò)BionicOpter, 費(fèi)斯托生物團(tuán)隊(duì)于2013年在一架超輕型飛行物中對(duì)這些極其復(fù)雜的生物特性予以轉(zhuǎn)化,將直升機(jī)、引擎飛機(jī)和滑翔機(jī)這三種飛機(jī)的飛行方式匯聚于一個(gè)機(jī)型。通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)機(jī)翼各自的震動(dòng)頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)角度可控制飛行的方向和力度,遠(yuǎn)程操控蜻蜓飛行器到達(dá)所在空間內(nèi)的幾乎各個(gè)角落。

eMotionButterflies:集體飛行

2015年,費(fèi)斯托通過(guò)eMotionButterflies完善了飛行器的輕量化和微型化。每只仿生蝴蝶的重量?jī)H為32克。為使飛行器盡可能貼近自然樣板,eMotionButterflies采用一種高度集成的機(jī)載電子設(shè)備。該設(shè)備可且獨(dú)立地控制各個(gè)機(jī)翼,實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)。空間中安裝的十臺(tái)攝像機(jī)識(shí)別仿生蝴蝶上的紅外線標(biāo)記,再由攝像機(jī)將位置信息傳送至中央控制主機(jī),從外部協(xié)調(diào)仿生蜻蜓的飛行。

 

BionicFlyingFoxBionicFlyingFox:在飛行過(guò)程中,控制主機(jī)將人工仿生狐蝠與真實(shí)狐蝠的飛行軌跡進(jìn)行對(duì)比,通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí),不斷優(yōu)化仿生狐蝠的飛行效果。

 

BionicFlyingFox:半自主飛行

仿生學(xué)家們進(jìn)一步開發(fā)該智能網(wǎng)絡(luò),于2018年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上展出了可半自主飛行的BionicFlyingFox。半自主飛行通過(guò)機(jī)載電子設(shè)備與外部攝像機(jī)系統(tǒng)的組合實(shí)現(xiàn),可使人工仿生蝙蝠以2.28米的翼展從空中飛過(guò)。人工仿生蝙蝠全身采用一種特殊研制的彈性氣密材料,由彈性針織面料和選擇性焊接的金屬箔制成。蜂窩狀的構(gòu)造使得BionicFlyingFox可以在輕微損壞的情況下繼續(xù)飛行。

 大自然中生物的飛行方式各有千秋——要將這些技術(shù)投入到科技研發(fā)中,需要面臨輕量化與功能整合兩大挑戰(zhàn)。而BionicFlyingFox將所有高載荷運(yùn)動(dòng)學(xué)中的關(guān)節(jié)點(diǎn)置于同一平面內(nèi),以便整個(gè)機(jī)翼呈剪刀狀折疊。至此,費(fèi)斯托成功解密了動(dòng)物世界中的全部飛行方式。然而探索遠(yuǎn)沒有結(jié)束。在大自然中,還有其他的現(xiàn)象,啟發(fā)著仿生研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新的科技方案。