Ερευνητές από το Northwestern Polytechnical University, που βρίσκονται στο Xi’an, στο China, παρουσίασαν το RoboFalcon 2.0, ένα ρομπότ ικανό να απογειώνεται αυτόνομα αναπαράγοντας μοτίβα πτήσης που παρατηρούνται σε πτηνά και νυχτερίδες. Το πρωτότυπο χρησιμοποιεί έναν μηχανισμό που ενσωματώνει το πτερύγιο, το σκούπισμα και το δίπλωμα των φτερών σε έναν συνεχή κύκλο, επιτρέποντας ακριβή έλεγχο σε χαμηλές ταχύτητες.
Αυτή η καινοτομία επιλύει ιστορικές προκλήσεις στη βιομιμητική εναέρια ρομποτική, όπου τα προηγούμενα σχέδια βασίζονταν σε εξωτερική βοήθεια για απογείωση ή περιορισμένους αργούς ελιγμούς. Το Testes που πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο και στην αεροδυναμική σήραγγα επιβεβαίωσε την αποτελεσματικότητα του συστήματος σε διάφορες συνθήκες.
- Δεσμευμένη ικανότητα πτήσης με σταθερή τροχιά.
- Ανεξάρτητη ρύθμιση πλάτους για έλεγχο βήματος.
- Ρυθμιζόμενη συχνότητα παλμών έως 7,5 Hz.
Τεχνικά χαρακτηριστικά του πρωτοτύπου
Το RoboFalcon 2.0 ζυγίζει περίπου 800 γραμμάρια και έχει άνοιγμα φτερών 1,2 μέτρα. Το κεντρικό σύστημα μετάδοσης κίνησης χρησιμοποιεί έναν μόνο κινητήρα συνδεδεμένο με έναν κωνικό μηχανισμό παλινδρόμησης, υπεύθυνος για τη μετάδοση κίνησης στα φτερά.
Τα φτερά χωρίζονται σε τρία τμήματα που καλύπτονται από πολυεστερική μεμβράνη, εξασφαλίζοντας ευελιξία κατά τη διάρκεια των κύκλων. Το Mecanismos της αποσύνδεσης επιτρέπει ανεξάρτητη διακύμανση στην κάμψη και τη σάρωση, δημιουργώντας επίπεδα κεκλιμένης διαδρομής παρόμοια με αυτά των πτηνών που πετούν αργά.
Ενσωματωμένο μοτίβο κίνησης FSF
Ο κύκλος flap-sweep-fold συνδυάζει τρεις βασικές ενέργειες σε κάθε ρυθμό. Durante η καθοδική, προς τα εμπρός κοιλιακή κίνηση δημιουργεί το μεγαλύτερο μέρος της ανύψωσης, ενώ η ανάσυρση προς τα πάνω ελαχιστοποιεί την αεροδυναμική οπισθέλκουσα.
Η σάρωση κυμαίνεται μεταξύ 5 και 25 μοιρών, διαμορφώνοντας τη ροπή κλίσης με ελεγχόμενο τρόπο. Το μεγαλύτερο Amplitudes ενισχύει τη δίνη αιχμής, βελτιώνοντας την απόδοση σε χαμηλές ταχύτητες.
Η αναδίπλωση των φτερών συμβάλλει στη σταθερότητα στις ανενεργές φάσεις του κύκλου. Η ενσωμάτωση Essa παρέχει ακριβείς ελιγμούς αιώρησης και μετάβαση σε κατευθυνόμενη πτήση.
Δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν σε αεροδυναμική σήραγγα
Πειράματα σε μια ανοιχτή αεροδυναμική σήραγγα αξιολόγησαν το πρωτότυπο σε ταχύτητες από μηδέν έως 7 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Το Medições με κυψέλη φορτίου έξι συστατικών κατέγραψε μια σταθερή αύξηση στη μέση ανύψωση με μεγαλύτερο πλάτος σάρωσης.
Η υγρή ώθηση παρέμεινε σταθερή σε διαφορετικές συχνότητες κτυπήματος. Η ροπή ρίψης έγινε θετική σε υψηλότερες ταχύτητες, υποδεικνύοντας επαρκή έλεγχο.
Τα αποτελέσματα έδειξαν μειωμένες τυπικές αποκλίσεις, επιβεβαιώνοντας την επαναληψιμότητα των μετρήσεων.
Προσομοιώσεις δυναμικής ρευστών
Οι υπολογιστικές αναλύσεις βασισμένες στις εξισώσεις Navier-Stokes εντόπισαν την ενίσχυση της δίνης αιχμής στις μέγιστες διαμορφώσεις σάρωσης. Το κέντρο πίεσης έχει μετακινηθεί προς τα εμπρός, επεκτείνοντας τον βραχίονα αεροδυναμικής ροπής.
Οι κατανομές πίεσης στις επιφάνειες των φτερών αποκάλυψαν εκτεταμένες ζώνες χαμηλής πίεσης στην πρόσθια ακμή. Τα φαινόμενα Esses εξηγούν τα παρατηρούμενα κέρδη στην ανύψωση κατά τη διάρκεια αργής πτήσης.
Οι προσομοιώσεις επικύρωσαν την αποτελεσματικότητα του επαναδιαμορφώσιμου μηχανισμού σε σενάρια χαμηλής ταχύτητας.
Έλεγχος κατά τη διαδικασία απογείωσης
Τα μοντέλα δυναμικής προσομοίωσης εφάρμοσαν τον έλεγχο PID για την ανάλυση της αυτόνομης απογείωσης. Το Ajustes στη σάρωση πτερυγίων διατήρησε σταθερό βήμα σε σχεδόν αιώρηση κάτω από 3 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Σε διαφορετικές κλίμακες, το σύστημα επέδειξε ικανότητα ελέγχου ανάλογη με τις απαιτήσεις. Ο Resultados έδειξε την ανάγκη για αντιστάθμιση σε υψηλότερες ταχύτητες για την αποφυγή αποκλίσεων.
Πραγματικές πτήσεις επικυρωμένες στο εργαστήριο
Οι δεμένες δοκιμές σε ακτίνα 15 μέτρων επιβεβαίωσαν την απογείωση χωρίς εξωτερική βοήθεια. Με ένα τυπικό κέντρο βάρους, η τροχιά ακολούθησε ένα μοτίβο σχήματος S, φτάνοντας σε μέγιστη ταχύτητα 4 μέτρων ανά δευτερόλεπτο στα 7 Hz.
Η προηγούμενη προσαρμογή στο κέντρο βάρους επέτρεπε επιτάχυνση έως και 6 μέτρα ανά δευτερόλεπτο χωρίς αστάθεια του βήματος. Η ισχύς Consumo έφτασε τα 400 watt περίπου κατά τη διάρκεια έντονων ελιγμών.
Εξέλιξη σε σύγκριση με προηγούμενες εκδόσεις
Σε αντίθεση με το μοντέλο του 2021, το οποίο περιορίζεται σε πτήσεις κρουαζιέρας, το RoboFalcon 2.0 ενσωματώνει συγκεκριμένες αναδιαμορφώσεις για λειτουργία σε χαμηλή ταχύτητα. Το Designs εμπνευσμένο από έντομα χρησιμοποιεί γενικά μοναδικούς βαθμούς ελευθερίας, που αποκλίνουν από τα πρότυπα που παρατηρούνται στα σπονδυλωτά.
Το νέο πρωτότυπο αντιμετωπίζει ιστορικούς περιορισμούς συντονίζοντας ενεργές και ανενεργές φάσεις με ολοκληρωμένο τρόπο. Η ενεργειακή απόδοση παραμένει πρόκληση σε κλίμακα πουλιών, αλλά η πρόοδος καθιστά την προσέγγιση βιώσιμη για πρακτικές εφαρμογές.
Πλαίσιο ανάπτυξης στο China
Η έρευνα διεξήχθη στο Northwestern Polytechnical University, στο Xi’an, επαρχία Shaanxi, αναγνωρισμένο για την παράδοσή του στην αεροναυπηγική μηχανική. Η υπεύθυνη ομάδα εξέλιξε μηχανισμούς από προηγούμενα πρωτότυπα, ενσωματώνοντας προηγμένα μηχανικά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα.
Το RoboFalcon 2.0 τοποθετεί το ίδρυμα ως σημείο αναφοράς στην εναέρια βιομιμητική ρομποτική. Τα αποτελέσματα ανοίγουν προοπτικές για μελλοντικές βελτιώσεις στην αυτονομία και την αποτελεσματικότητα της πτήσης.
