Vzpomeňme si na atraktivní bionické exponáty společnosti Festo z minulých let, které nás nejen potěšily, ale také ohromily svoji dokonalostí: medúzy, které volně plavaly ve vodních nádržích, racek, který odvážně létal nad hlavami návštěvníků, vážka, která se vloni odmítla předvést prezidentovi Putinovi. Letos čekal na návštěvníky veletrhu umělý klokan, který poslouchal pokyny rukou a skákal do výšky i do dálky jako skutečný. Pracovní skupina Festo, která se věnuje bionice, se letos zaměřila na výzkum v oblasti obnovy energie, na problematiku samoorganizace, adaptivní systémy a na nové koncepty pro pohony a pozicování.
Bionický klokan
Energeticky efektivní skákací kinematika
Vývojový tým z Festo Bionic Learning Network strávil dva roky tím, že pracoval jednak na co nejvěrnějším napodobení skoku klokana, ale hlavně na tom, aby se sám z něho co nejvíce naučil. Bionický klokan dokáže to samé, čím je skutečný klokan tak výjimečný: obnovovat a uchovávat energii a znovu si ji brát pro další skok. Významnou funkci při tom má Achillova šlacha, což je důvod, proč ji má skutečný klokan tak zvýrazněnou. U umělého klokana funkci Achillovy šlachy zastupuje pružný pás z gumy. Je upevněný na zadní straně chodidla a souběžný s pneumatickým ventilem na kolenním kloubu. Umělá šlacha tlumí skok, současně absorbuje kinetickou energii a uvolňuje ji pro další skok. Požadovanou stabilitu při odskoku a doskoku zajišťuje přesná řídicí technologie a monitoring. Dostatečnou energii ke skoku dodává klokanovi pneumatika. V místech, kde je zapotřebí velká poziční přesnost, se využívají elektromotory – například pro ovládání ocasu a kyčelního kloubu. Festo tak na příkladu umělého klokana mj. ukazuje, jak lze pneumatické a elektrické pohony kombinovat tak, aby společně vytvořily vysoce dynamický systém. Festo věnovalo zvláštní pozornost řešení dodávek pohybové energie pro umělého klokana. K tomuto účelu tým vyvinul dva různé koncepty – jeden s integrovaným kompresorem a jeden s mobilním vysokotlakým zásobníkem. Pohybové ústrojí (kinematika) je vyrobeno z laserem sintrovaných součástí zesílených uhlíkovými vlákny. Výsledkem je, že umělý klokan váží při velikosti kolem jednoho metru pouze několik kilogramů a při tom dokáže skočit do výšky až 40 centimetrů a do dálky 80 cm. Bionického klokana může člověk řídit pohyby rukou.
Pohyblivé koule (eMotionSpheres)
Bezkolizní volný pohyb autonomních systémů v prostoru
Osm bílých koulí létá nad hlavami návštěvníků všemi směry, pak se z náhodného pohybu stane uspořádaná formace. Najednou se jedna z koulí oddělí a ostatní ji následují jako perly navlečené na šňůrce. Dokonalá linie se v zápětí změní ve vzdušnou sinusoidu a chvíli na to koule víří v kruhu. Tyto letové manévry jsou součástí propracované choreografie, která byla letos připravena pro návštěvníky veletrhu. Na příkladu eMotionSpheres Festo ukazuje, jak lze několik objektů bezkolizně koordinovat v třírozměrném prostoru díky multifazetovému zasíťování. Deset kamer nainstalovaných v místnosti sleduje koule prostřednictvím aktivního infračerveného značení (infračervené LEDky) a údaje o jejich poloze odesílá do centrálního řídicího počítače. Spočítané akce jsou odesílány zpět do objektů, kde se lokálně implementují. V počítači jsou předem naprogramované trajektorie, které specifikují letové dráhy koulí, pokud mají létat ve formaci. Díky uloženým vzorcům chování se mohou koule také pohybovat prostorem zcela autonomně. Přitom nedochází ke kolizím ani v chaotických situacích, poněvadž každá koule vždy letí v jiném směru než ostatní koule. Každou kouli mohou lidé sami snadno ovládat, poněvadž jsou provozně spolehlivé, lehké, díky flexibilním vrtulkám bezpečné a snadno ovladatelné. Poznatky získané z práce na vážce (BionicOpter), představené v roce 2013, vedly ke konstrukci adaptivních vrtulí. Vývojáři využili princip křídel použitý na umělé vážce a převedli ho do podoby unikátních pohonů, které využívají koule. Tyto pohony jsou adaptivní a mají ten samý tah směrem dopředu i dozadu. Každá z osmi koulí má průměr 95 cm a je naplněná heliem. Poněvadž se koule samy pravidelně zastavují u svých dobíjecích stanic, lze je používat jaké létající objekty po řadu dní bez zásahu člověka. Instalace eMotionSpheres a jejich systému GPS pro vnitřní prostory je příspěvkem Festa k tématu továrny budoucnosti. Konkrétně k tématu bezpečné a intuitivní interakce mezi člověkem a strojem nebo autonomnímu a adaptivnímu chování technických systémů, které dovolují kontrolované intervence lidí v libovolném čase, a tím vytvářejí nové perspektivy pro pracovní prostory budoucnosti. Na poli logistiky lze tento systém využít k monitorování funkce malých robotů a vozítek. Lze ho rovněž využít jako hlídací systém ať již pro návštěvníky veletrhů, muzeí nebo pro velké indoorové akce.
Víceúčelový uchopovač
Variabilní uchopování založené na lidské ruce
Tento uchopovač nabízí unikátní kombinaci různých uchopovacích technik s flexibilními a adaptivními uchopovacími prsty. Prsty lze různě přehazovat, takže mohou uchopovat v různých směrech bez toho, že by se musely jakkoliv přestavovat. To umožňují dva otočné otvory pro prsty, které lze uspořádat buďto kolem středového bodu nebo s třetím prstem naproti. Inspirací pro toto uspořádání byla lidská ruka s palcem, kterým se dá pohybovat vzhledem k ostatním prstům pod úhlem 130 stupňů. Element lze podle požadavku přizpůsobit na dva až šest prstů. Kromě prstu Fin Ray® jsou k dispozici dva další typy prstů. Díky adaptivním prstům se strukturou Fin Ray® není tento uchopovač variabilní pouze ve směrech úchopu. Prsty samy se totiž dokáží přizpůsobit různým tvarům. Dokáží proto uchopit různě tvarované předměty a také velmi citlivé a jemné objekty bez toho, že by bylo nutné použít nějakou další řídicí nebo senzorovou techniku. Adaptivní prsty Fin Ray® byly navrženy v roce 2009 pro bionický uchopovač FinGripper a od té doby byly průběžně zdokonalovány. Například od letošního roku se vyrábějí z polyuretanu, který dovoluje jejich využití v potravinářství.
Dvoukřídlý generátor
Výroba energie pomocí křídel
Bionický dvoukřídlý generátor je unikátní technologickou platformou, která využívá k výrobě energie namísto rotorových lopatek dva páry horizontálně umístěných křídel. Princip tohoto systému je založen na obráceném principu mávání křídel, jaký využívají ptáci: ptáci využívají energii mávání křídel k dopřednému pohybu, zatímco tento stacionární systém využívá kinematickou energii k výrobě elektrické energie. Vztlačný pohyb křídel je zde převeden do rotačního pohybu, který integrovaný elektrický motor transformuje do elektrické energie. Dvoukřídlý generátor se dokáže sám optimalizovat s přizpůsobit se různým povětrnostním podmínkám. V pojmech efektivity není v žádném případě horší než konvenční malé větrné elektrárny a má obrovské výhody zvláště při slabém větru. V oblasti rychlostí větru mezi 4 a 8 m/s, což jsou převažující větrné podmínky ve střední Evropě v nadzemních výškách, vykazuje dvoukřídlý generátor ve srovnání s konvenčními malými větrnými elektrárnami skvělé výsledky.
Andrea Cejnarová