211service.com
De vlucht van Dragonfly-robots
Op een dag hoopt het Amerikaanse leger kleine vliegende robots, uitgerust met camera's en sensoren, te gebruiken voor bewaking. Maar zulke robots zouden om obstakels heen moeten kunnen navigeren, gewicht moeten kunnen dragen en efficiënt genoeg moeten zijn om lange tijd te kunnen vliegen. Een groep onderzoekers gelooft dat de sleutel tot het maken van zo'n robot misschien in de libel ligt.
Vleugels slaan: Wetenschappers van de Universiteit van Ulm gebruikten een robotlibel - ongeveer 10 centimeter lang - ondergedompeld in vloeistof om de luchtkrachten rond de fladderende vleugels van de libel te meten. De groene lijnen rond de motor zijn lasers die worden gereflecteerd door luchtbellen, wat de aerodynamische liftkrachten aangeeft die door de vleugels worden gecreëerd.
Libellen zijn een van de weinige wezens die vier onafhankelijk bestuurde vleugels gebruiken om te vliegen, waardoor ze kunnen zweven, darten, glijden, achteruit bewegen en snel van richting veranderen. Om dergelijke vermogens te begrijpen, hebben wetenschappers van het Royal Veterinary College in Engeland en de Universiteit van Ulm in Duitsland een robotlibel ontwikkeld om de stroomstromen over en onder de vleugels te meten bij verschillende flapcycli. Hoewel de meeste zweefscenario's voor libellen niet efficiënt waren, ontdekte het team dat als de onderste vleugels iets voor de bovenste vleugels slaan, de dubbele set vleugels efficiënter blijkt te zijn in het genereren van lift, waarbij 22 procent minder kracht wordt gebruikt om hetzelfde gewicht op te tillen als een enkel paar.
Het enige specifieke voordeel dat je krijgt in vier vleugels is de wendbaarheid en het vermogen om dingen uit de lucht te halen en te zweven en rond te schieten, zegt Jonathan Hoe? , een professor aan het MIT die werkt aan vliegende robots maar niet betrokken was bij het libellenproject. Het zou echt geweldig zijn als we iets zouden kunnen bouwen dat in de buurt komt van dat prestatieniveau. Als je dezelfde lift met een lager vermogen kunt bereiken, is dat handig.
Ondanks hun potentiële voordelen zijn kleine vliegende robots die de behendigheid van libellen nabootsen niet met succes gemaakt, deels vanwege de complexiteit van de aerodynamica rond vier vleugels, en ook vanwege fabricageproblemen bij kleine vliegmachines. Echter, studies van vleugelbewegingen en luchtkrachten die onthullen hoe libellen hun behendigheid bereiken, kunnen robotici in staat stellen om uiteindelijk capabele, snelle vliegers te bouwen die vier vleugels gebruiken.
Multimedia
Bekijk de vleugelbeweging van een robotlibel wanneer deze wordt ondergedompeld in olie.
Om de luchtstromen te meten, dompelden de Ulm-onderzoekers de robotlibel onder in een tank gevuld met minerale olie en doorspekt met luchtbellen. Twee groene lasers combineerden en weerkaatsten de luchtbellen terwijl een hogesnelheidscamera beelden maakte met een tussenruimte van 10 tot 20 milliseconden. Door afbeeldingen te vergelijken, berekenden de wetenschappers de stroomrichting voor regio's in de tank.
In termen van viervleugelige versus tweevleugelige systemen voor een biomimetisch microluchtvoertuig, is het een afweging, zegt Fritz-Olaf Lehmann , een onderzoeker aan de Universiteit van Ulm die aan het onderzoek heeft meegewerkt. Bij een viervleugelig systeem zijn de nadelen de noodzaak van een extra besturingssysteem en extra vermogen. Een systeem met twee vleugels moet echter manieren bevatten om de hoek, amplitude en frequentie van de fladderende vleugels te veranderen om de lift te veranderen, zegt Lehmann. Omgekeerd, met vier vleugels, kun je het ene vluchtsysteem tegen het andere opschuiven, en dan verander je de liftproductie, zegt hij. Ik denk dat dat het bouwen van een microluchtvoertuig veel gemakkelijker maakt.
Bij het maken van een autonoom micro-luchtvoertuig telt elk klein beetje efficiëntie, zegt Robert Wood , een professor aan de Harvard University die enkele van de kleinste vliegende robots heeft ontwikkeld . Je zou het argument kunnen aanvoeren dat als je een voertuig met vier vleugels hebt, je meer [controle] hebt om je te helpen bij stabilisatie, zegt hij.
Michael Dickinson , een professor bij Caltech die werkt aan het begrijpen en nabootsen van vliegvluchten, zegt dat de belangstelling voor libellen groeit en dat het Lehmann-artikel niet de eerste is die dit soort analyse bevat, maar een in een sluisdeur van papieren. Hoewel de studie zou kunnen bijdragen aan het begrip van de subtiele aerodynamica van een vlucht met vier vleugels, wijst Dickinson erop dat onderzoekers nog steeds een betere, lichtere batterij moeten ontwikkelen die het voertuig van stroom voorziet en een effectief controlesysteem vormt.