Festo heeft in slechts enkele jaren tijd de reputatie opgebouwd dat het op de Hannover Messe iets spec-taculairs toont. De afgelopen jaren presenteerde het huis geslaagde imitaties van onder meer een rog en een pinguin. Met de SmartBird had het bedrijf wederom ruimschoots de grootste publiekstrekker op haar stand. Met de slimme vogel zijn de ingenieurs van Festo er in geslaagd om de vlucht van vogels na te bootsen en aldus een nieuwe doorbraak in de automatiseringstechniek te bereiken.
Het is een van de oudste dromen van de mensheid: vliegen als een vogel, vrij bewegen in de lucht in alle dimensies en de wereld vanaf een afstandje vanuit de lucht bekijken. Even fascinerend is de vlucht van de vogel op zichzelf.
Vogels gebruiken alleen het draagvermogen van hun vleugel om op te stijgen en in de lucht blijven. Met dezelfde vleugels genereren ze de nodige stuwkracht om de luchtweerstand te overwinnen en hun lichaam in beweging te krijgen, en dat ook nog eens zonder roterende delen. De functionele integratie van stijgkracht en voortstuwing is in de natuur perfect geslaagd. Vogels meten, controleren en regelen hun bewegingspatroon voortdurend en volledig autonoom.
SmartBird
De vlucht van vogels heeft de wetenschap lang voor raadsels gesteld. Een onderzoeksteam van Festo is erin geslaagd om het probleem op te lossen. De sleutel is te vinden in de unieke beweging die de vogel onderscheidt van tot nu toe ontwikkelde apparaten met slimme wapperende vleugels. Het krachtige ultralichte model van de zilvermeeuw kan zelf starten, vliegen en landen.
De SmartBird vliegt, glijdt en zeilt door de lucht, net als zijn voorbeeld uit de natuur, de zilvermeeuw. Zijn vleugels slaan niet alleen op en neer, maar verdraaien doelbewust.
Rog, pinguin, dolfijn en zilvermeeuw hebben met elkaar gemeen dat ze zijn geïnspireerd door de natuur en in het Bionic Learning Network in praktijk zijn gebracht. Bij de ontwikkeling van het model konden de ingenieurs profiteren van de diversiteit van reeds verworven kennis en gerealiseerde innovaties. De ervaring van de Bionic Learning projecten en AirRay en AirPenguin zijn overgenomen in het ontwerp van de SmartBird.
Eisenpakket
Het idee dat een vogel door alleen met slagen van zijn vleugels te starten, vliegen en landen, was de inspiratie voor het programma. Een voordeel daarbij is dat het bedrijf als mondiale speler in de pneumatiek het stro-mingsgedrag van lucht kent als geen ander.
Een speciaal kenmerk van de Smart Bird is de actieve verdraaiing van de vleugel en het feit dat geen extra aandrijfvermogen nodig is. De doel-stellingen voor de bouw van de slimme vogel waren
- een constructie die efficiënt omgaat met energie en hulpbronnen
- een minimale totale gewicht
- een functionele integratie van voortstuwing en draagvermogen in de vleugels
- besturing van de vlucht in romp en staart
- uitstekend aërodynamica
- hoge vermogensdichtheid van de voortstuwing
- maximale flexibiliteit van het vliegend object.
Het resultaat is een biomechatronisch totaalsysteem.
Techniek
In de praktijk is vooral het energetisch rendement van belang. Voortstuwing en draagvermogen worden, zoals de bedoeling was, uitsluitend gerealiseerd door het slaan van twee vleugels. De verdraaiing van de vleugels gebeurt met behulp van een actieve cardantorsieaandrijving, die in combinatie met een complexe regeling een tot nu toe ongekend rendement uit de vlucht realiseert. Voor de beweging is een vermogen van ongeveer 23 W nodig. De biomechatronische vogel heeft een totale massa van 450 g en een span-wijdte van 2 m. In tests kon een elektromechanische rendement tot 45% en een aërodynamisch rendement tot 80% worden vastgesteld.
De on-board elektronica maakt een nauwkeurige controle van de vleugels mogelijk. Daarnaast worden de regelparameters real time aangepast en geoptimaliseerd. De besturing van de slag en verdraaiing van de vleugels gebeurt in het milliseconde bereik, resulterend in stromingskarakteristieken van de lucht rond de vleugels. De buitenkant van de SmartBird heeft geen bewegende delen waardoor er geen gevaar op letsel is bij onverhoopte ongelukjes.
Toekomst
Daarmee is de slimme vogel een mooi voorbeeld van functionele integratie, efficiënt omgaan met bronnen, lage massa en optimaal gebruik van luchtstromingen. Dit zal leiden tot verdere optimalisatie van toekomstige generaties cilinders en ventielen. Festo kijkt al verder dan het studiemodel. Mogelijke toepassingen variëren van generatoren in vleugels en wieken voor het terugwinnen van energie tot positioneeraandrijvingen in de proces-automatisering.
