Bionika stále ve středu zájmu Festo Rozluštění ptačího letu, a co na to automatizace

Na Hannoverském veletrhu 2011 představilo Festo své nejnovější koncepce, které byly v rámci Bionic Learning Network inspirovány přírodou a převedeny do praxe. Odpovídá tím na otázku, co mají racek stříbrný a sloní chobot do činění s automatizační technikou. Se Smart Bird se inženýrům od Festo podařilo rozluštit ptačí let a dosáhnout dalšího průlomu do automatizační techniky. Bionický manipulační asistent získal nejvyšší technické ocenění – německou cenu budoucnosti 2010. Podobně jako u učebního systému Robotino ® XT a Bionic Tripod 3.0 vsadilo Festo na energetickou efektivnost a lehkou konstrukci. Nové impulzy přináší Festo nejen pro výrobní, ale i pro procesní automatizaci. S OptoFluidic se otevírají účinné metody analýzy a diagnostiky pro kontinuální a nedestruktivní průzkum tekutin. SMATD BIRD: FASCINUJICI LET PTAKŮ Létat jako pták, volně se pohybovat vzduchem a moci pozorovat svět z ptačí perspektivy, to je možná nejstarší sen lidstva. Pták je vybaven pouze silou svalů svých křídel. Křídla zajišťují vztlak, udržují ptáka ve vzduchu a vytváří smykovou sílu pro překonání odporu proudění a udržování pohybu bez jakékoli rotační části. Integrace funkcí vztlaku a dopředného letu je v přírodě geniálně zdařilá. Pro přežití pták nepřetržitě a zcela samostatně měří, řídí a reguluje svoje pohybové procesy. K tomu využívá vlastní smyslové orgány. Ptačí let zůstával dlouho záhadou. Tajemství se podařilo poodhalit týmu výzkumníků rodinného podniku Festo v roce 2011. Klíčem je zvláštní pohyb odlišující Smart Bird od dosavadních aparátů s mávajícími křídly. Smart Bird – ultralehký a výkonný model – umožňuje samostatně startovat, létat a přistávat. Smart Bird létá, klouže a plachtí vzduchem zcela podle předlohy z přírody – stříbrného racka. Jeho křídla vykonávají nejen rázy nahoru a dolů, ale cíleně se natáčí. To se uskutečňuje pomocí aktivního kloubového torzního pohonu, který spolu s komplexní regulací realizuje dosud nedosažitelně účinný letový provoz. Při vývoji modelu mohli inženýři vycházet z mnoha získaných zkušeností a vyvinutých inovací. Festo jako globální hráč v pneumatice dokonale ovládá poměry proudění vzduchu. Jeho optimální a efektivní využití je důležité také ve vývoji a stavbě aktuální generace válců a ventilů pro automatizační techniku. Zvláštností Smart Bird je aktivní natáčení křídel a skutečnost, že musí vystačit bez přídavných vztlakových pohonů. Cílovým zadáním stavby Smart Bird byla energeticky a zdrojově efektivní celková struktura s minimální hmotností doprovázená integrací pohybových funkcí křídel a funkcí řízení letu v oblasti trupu a ocasu. Dalšími požadavky byly vynikající aerodynamika, vysoká hustota výkonu pohonů a maximální agilita létajícího objektu. Vzniká inteligentní biomechatronický kompletní systém. Vyžaduje se především energetická efektivnost. Rázy křídel jsou generovány výkonem pouhých cca 23 W. To při celkové hmotnosti cca 450 gramů a rozpětí křídel 2 m. Měřením můžeme zjistit elektromechanickou účinnost až 45% a aerodynamickou účinnost až 80%. Smart Bird je tak dokonalým příkladem integrace funkcí, efektivnosti zdrojů, extrémně lehké konstrukce a optimálního využití proudění ve vzduchu. Palubní elektronika umožňuje precizní aktivování křídel. Řídicí parametry mohou být nastavovány a optimalizovány v reálném čase. Řízení rázů a natáčení křídel se uskutečňuje v milisekundovém taktu a způsobuje optimální poměry proudění vzduchu na křídlech. Vyloučená rotace odstraňuje riziko poranění. To je důležité pro interakci člověk-stroj. Ta probíhá jak u bionických manipulačních asistentů, stejně jako u Smart Bird bez rizika pro člověka. Smart Bird se zařadil do seznamu perspektivních technologií, které mohou najít praktické uplatnění. BIONICKY MANIPULAČNI ASISTENT Německou cenou budoucnosti 2010 byl oceněný bionický manipulační asistent. Jedná se o nejvyšší ocenění Německa za špičkový technický výkon. Zařízení postavené podle sloního chobotu bylo zatím vyzkoušeno jako chapadlo a třetí ruka ve výrobě a v budoucnosti umožní zcela nové pracovní procesy. Jeho inherentní poddajnost umožňuje bezpečnou spolupráci s člověkem a poskytuje tak široké spektrum využití. Robotino ® XT je robotický učební systém rozšířený bionickým manipulačním asistentem s kamerou. Může se samostatně pohybovat, uchopovat a zdvihat předměty z blízkosti podlahy a dá se ovládat pomocí herního dálkového ovladače. Nejnovější piezoredukční (proporcionální) ventilový terminál s vlastním tlakovým regulátorem dávkuje stlačený vzduch přesně do vzduchových komor. Ohebnost dodává systému materiál polyamid použitý místo kovů stejně jako pneumatické řízení a regulace pomocí stlačeného vzduchu. V případě srážky (nárazu) systém okamžitě povolí, aniž by změnil celkové dynamické chování. Také při výpadku elektroniky nebo regulace je člověk bezpečný. Robotino ® XT je provozován pomocí dvou membránových čerpadel v tlakovém rozsahu mezi 0,3 a 2,5 bary. Nízkotlaká pneumatika potřebuje méně energie pro vytváření tlaku. Lehká konstrukce je možná využitím moderních generativních výrobních metod – tedy 3D tiskem. BIONIC TRIPOD 3.0 Energeticky efektivní a vysoce dynamické chapadlo dovolující i práci nad hlavou se využívá v manipulační technice jako alternativa k portálovým systémům převládajícím ve strojírenství. U Bionic Tripod 3.0 je důsledně oddělena pohonná a manipulační technika. Nízké těžiště systému mu propůjčuje větší stabilitu pro precizní nastavování s krátkými pojezdovými drahami. Adaptivní chapadlové prsty umožňují bezpečné uchopení objektů nejrůznějších tvarů a obrysů i jejich odkládání. Kombinuje výhody pneumatické a elektrické automatizační techniky s nejnovějšími bionickými nástavbami. Jako pohonná jednotka slouží dva elektrické lineární pohony EGC 70-160, na kterých jsou namontovány vždy dva pneumatické normované válce DNC 32-160. Otočný modul DSM 6 je upevněn na upínací desce na konci tyčové pyramidy. Radiální chapadlo HGR-16-A je na každé čelisti vybaveno dvěma adaptivními chapadlovými prsty DHDG-W-80, které umožňují bezpečné uchopení nejrůzněji tvarovaných objektů, jako je např. zkumavka, jablko, žárovka apod. Pro řízení a regulaci slouží CPX-terminál. OPTOFLUIDIC Zařízení je vhodné pro nedestruktivní analýzu v procesní automatizaci v reálném čase. Je vhodné pro analýzu pohyblivých tekutin a plynů, ale i sypkého materiálu tekoucího potrubím a armaturami. Technologie OptoFluidic nabízejí uživatelům dia gnostické a analytické metody určující a analyzující jejich vlastnosti. Kapalina je „nabitá“ informacemi, které jsou později snímány optickými komponenty a mohou být vyhodnocovány. Tekutina se tak mění na médium nesoucí kódy pro optickou analýzu. Systémové komponenty (kamery a senzory) při tom zobrazují diagnózu v reálném čase bez přerušení procesu. V budoucnosti mohou takové metody analýzy nahradit časově náročné odběry vzorků a stabilizovat procesy. I tato technologie Festo se opírá o fenomény z přírody. Duha např. vzniká, setkávají-li se sluneční paprsky s dešťovými kapkami. Při tom se sluneční paprsky na téměř kulových vodních kapkách opticky lámou a rozkládají se na spektrální složky. Sluneční paprsky jsou pomocí dešťových kapek analyzovány a opticky jsou zobrazovány svěžími barvami jako viditelná duha. Naopak sluneční paprsky analyzují každou dešťovou kapku v reálném čase. Optické komponenty (kamery, senzory, LED, lasery, fotodiody) jsou kombinovány s prvky fluidní techniky, jako jsou ventily, čerpadla, mísiče, které řídí průtok média. Průběh analýzy je u OptoFluidic rozdělen na tři různé kroky. Nejprve je ventilem dodávána modrá tekutina do transparentní tekutiny. Obě navzájem nesmísitelné protékají displejem. Modrá tekutina je při tom „inteligentní médium“ nesoucí informace nutné pro optickou diagnózu. Tři stanice demonstrují analytické a odlučovací kroky optofluidiky. První stanice obsahuje optický senzor typu SOEC a kompaktní kameru SBOC. Ta analyzuje v reálném čase modrou tekutinu z hlediska složení a vlastností a vyhodnocuje různé parametry. K tomu používá software CheckKon a CheckOpti. Monitor zobrazuje shromážděná data a umožňuje kontrolu procesu v reálném čase. Na druhé stanici modrá LED s vlnovou délkou 490 nm zviditelňuje předem přidané fluorescenční barvivo. Tento proces ukazuje jak je pomocí OptoFluidic možné shromažďovat a číst určité informace pomocí optických komponentů. Na třetí stanici pozná konečně optický senzor typu SOEC modrou tekutinu. Pomocí ventilu typu VODA odděluje systém modrou tekutinu od transparentní. Metoda odlučování demonstruje jak precizní komponenty procesní automatizace Festo analyzují a řídí diverzní tekutiny. CoDeSys Front End Controller CPX-CEC-C1 a několik CPX-E/Amodulů řídí kompletní aplikaci. OptoFluidic ukazuje možnosti budoucích metod analytiky a diagnostiky v reálném čase nez přerušení procesu. OptoFluidic odstartuje časově náročné odebírání vzorků tekutiny, jejich vyhodnocování a automatizuje laboratorní procesy. V budoucnosti mohou optofluidní metody měření sehrát značnou roli v automatizaci transportu, zpracování, stáčení nebo likvidaci tekutin v čistírnách, elektrárnách, ve výrobě papíru, v laboratorní automatizaci nebo v chemickém, farmaceutickém či petrochemickém průmyslu. (an)