Nye RoboFalcon 2.0 fremmer biomimetisk robotikk med FSF-syklus validert i ekte flyreiser

Forskere fra Northwestern Polytechnical University, lokalisert i Xi’an, i China, presenterte RoboFalcon 2.0, en robot som er i stand til å ta av autonomt ved å reprodusere flymønstre observert hos fugler og flaggermus. Prototypen bruker en mekanisme som integrerer blapping, sveiping og folding av vingene i en kontinuerlig syklus, noe som tillater presis kontroll ved lave hastigheter.

Denne innovasjonen løser historiske utfordringer innen biomimetisk luftrobotikk, der tidligere design var avhengig av ekstern assistanse for start eller begrensede sakte manøvrer. Testes utført i laboratoriet og vindtunnelen bekreftet effektiviteten til systemet under forskjellige forhold.

• Tethered flight evne med stabil bane.
• Uavhengig amplitudejustering for tonehøydekontroll.
• Justerbar slagfrekvens opp til 7,5 Hz.

Tekniske egenskaper ved prototypen

RoboFalcon 2.0 veier omtrent 800 gram og har et vingespenn på 1,2 meter. Det sentrale drivsystemet bruker en enkelt motor koblet til en konisk vippemekanisme, ansvarlig for å overføre bevegelse til vingene.

Vingene er delt inn i tre segmenter dekket av en polyestermembran, noe som sikrer fleksibilitet under sykluser. Mecanismos av frakobling tillater uavhengig variasjon i bøy og sveip, og skaper skråstilte slagplan som ligner på sakteflyvende fugler.

Full dekning: News (NO)

Integrert FSF bevegelsesmønster

Klaff-feie-fold-syklusen kombinerer tre essensielle handlinger i hvert slag. Durante nedover, fremover ventral bevegelse genererer det meste av løftet, mens det tilbaketrukne oppslaget minimerer aerodynamisk luftmotstand.

Sveipet varierer mellom 5 og 25 grader, og modulerer pitching-momentet på en kontrollert måte. Større Amplitudes styrker forkantvirvelen, og forbedrer ytelsen ved lave hastigheter.

Foldingen av vingene bidrar til stabilitet i de inaktive fasene av syklusen. Essa-integrasjon gir presise svevemanøvrer og overgang til rettet flyging.

Tester utført i vindtunnel

Eksperimenter i en åpen vindtunnel evaluerte prototypen med hastigheter fra null til 7 meter per sekund. Medições med en seks-komponent belastningscelle registrerte en jevn økning i gjennomsnittlig løft med større sveipeamplitude.

Les mer: Fuglerobotprototype utfører autonom start og imiterer fuglebiologi i tester i Kina

Væskekraften forble stabil ved forskjellige slagfrekvenser. Pitching-momentet ble positivt ved høyere hastigheter, noe som indikerer tilstrekkelig kontroll.

Resultatene viste reduserte standardavvik, noe som bekrefter repeterbarhet av målinger.

Simuleringer av væskedynamikk

Beregningsanalyser basert på Navier-Stokes-ligninger identifiserte styrking av ledende virvel ved maksimale sveipekonfigurasjoner. Trykksenteret har beveget seg anteriort, og utvidet den aerodynamiske momentarmen.

Trykkfordelinger på vingeflatene avslørte omfattende lavtrykkssoner på forkanten. Esses-fenomener forklarer de observerte økningene i løft under langsom flyging.

Simuleringene validerte effektiviteten til den rekonfigurerbare mekanismen i lavhastighetsscenarier.

Om samme tema: Forskere i Kina lager autonom flygende robot som imiterer eksakte bevegelser til ekte fugler

Kontroll under startprosessen

Dynamiske simuleringsmodeller implementerte PID-kontroll for å analysere autonom start. Ajustes i vingesveip opprettholdt stabil tonehøyde i tilnærmet svevende under 3 meter per sekund.

Ved forskjellige skalaer viste systemet kontrollkapasitet proporsjonal med kravene. Resultados indikerte behovet for kompensasjon ved høyere hastigheter for å unngå divergenser.

Ekte flyreiser validert i laboratoriet

Forbundne tester innenfor en radius på 15 meter bekreftet start uten ekstern assistanse. Med et standard tyngdepunkt fulgte banen et S-formet mønster, og nådde en maksimal hastighet på 4 meter per sekund ved 7 Hz.

Tidligere justering av tyngdepunktet tillot akselerasjon på opptil 6 meter per sekund uten stigningsustabilitet. Consumo-effekten nådde rundt 400 watt under intense manøvrer.

Evolusjon sammenlignet med tidligere versjoner

I motsetning til 2021-modellen, som er begrenset til cruiseflyvninger, har RoboFalcon 2.0 spesifikke rekonfigurasjoner for lavhastighetsdrift. Designs inspirert av insekter bruker vanligvis unike frihetsgrader, som avviker fra mønstre observert hos virveldyr.

Den nye prototypen adresserer historiske begrensninger ved å koordinere aktive og inaktive faser på en integrert måte. Energieffektivitet er fortsatt utfordrende på fugleskalaen, men fremskritt gjør tilnærmingen levedyktig for praktiske bruksområder.

Utviklingskontekst ved China

Forskningen ble utført ved Northwestern Polytechnical University, i Xi’an, Shaanxi-provinsen, anerkjent for sin tradisjon innen luftfartsteknikk. Det ansvarlige teamet utviklet mekanismer fra tidligere prototyper, og integrerte avanserte mekaniske og elektroniske komponenter.

RoboFalcon 2.0 posisjonerer institusjonen som en referanse innen biomimetisk robotikk fra luften. Resultatene åpner perspektiver for fremtidige forbedringer i autonomi og flyeffektivitet.