10多年前,Festo 發起了仿生學習網絡,與學生、知名學府、研究機構和開發公司合作,旨在從仿生學中獲取創新靈感,將仿生學成果轉化為工業自動化技術。
在仿生學習網絡項目中,飛行是一個高頻話題。大自然中生物的飛行方式各有千秋。要將這些技術投入到科技研發中,需要面臨輕量化與功能整合兩大挑戰。
為了研發BionicFlyingFox,Festo仿生學習網絡的開發人員仔細研究了狐蝠這種生物,并以技術手段模擬了它獨特的飛行模式。這個BionicFlyingFox 是個大家伙,翼展達到2.28 米,通過運動跟蹤系統和機器學習,可實現部分自主飛行。為了盡量模擬自然界中狐蝠的飛行,BionicFlyingFox 的翅膀運動機構也被分成主翼和副翼;所有關節處在一個平面上。翅膀覆蓋了一層彈性膜,可伸展至腳部。飛行膜非常輕薄,但也很堅韌。
運動跟蹤系統,用于自控飛行
為了讓BionicFlyingFox 在限定的空間實現半自主的飛行,其與所謂的運動跟蹤系統進行通信。該裝置的兩臺紅外相機持續記錄飛蝠的位置。相機安裝在云臺上,可旋轉和擺動,從地面上監控BionicFlyingFox 的整個飛行過程。同時,運動跟蹤系統規劃飛行路徑,發出所需的控制命令。起飛和著陸需要借助人類操作員;自動飛行系統會在飛行時接管飛行。
機器學習,用于最佳飛行路徑
相機的圖像被傳輸給一個中央主電腦,跟空管控制器一樣評估數據和外部協調飛行。電腦上儲存了預編程的飛行路徑,指定了BionicFlyingFox 執行飛行動作時的路徑。借助其自身搭載的電子元件和復雜的飛行模式,人造飛蝠自行計算執行計劃運動順序所需的翅膀運動。飛蝠從主電腦接收必要的控制算法,主電腦對算法自動進行學習,并持續改進。BionicFlyingFox 在飛行時就能優化飛行動作,每飛一圈,對指定飛行路線的遵循性就更精確。
創新的飛行薄膜,用于各種應用
創新的飛行薄膜是仿生團隊專為BionicFlyingFox 開發的,由兩片氣密膜和一片彈性纖維織物組成,兩者焊接在一起,焊點多達約45,000點。織物的蜂窩結構防止飛行膜的細小裂痕繼續變大。因此,BionicFlyingFox的織物即使發生了不是很嚴重的損壞,也能繼續飛行。由于材料本身的彈性,翅膀收起時,飛行膜也不會起皺。因為氣密膜不僅具有彈性,而且氣密、重量輕,所以也可用在飛行器中,或用于衣服設計和農業領域。