NA ZÁVĚR PRVNÍHO DNE MEZINÁRODNÍ TISKOVÉ KONFERENCE FESTO V NIZOZEMSKU SE V AKVÁRIU ROTTERDAMSKÉ ZOOLOGICKÉ ZAHRADY ZABYDLELY ROBOTICKÉ MEDÚZY, NA STŮL USEDL UMĚLÝ KALOŇ A NECHYBĚL ANI POUŠTNÍ PAVOUK S UNIKÁTNÍMI SCHOPNOSTMI POHYBU – NEJNOVĚJŠÍ BIONICKÉ MODELY SPOLEČNOSTI FESTO BIONIC LEARNING NETWORK.
Bionic Learning Network iniciovala společnost Festo již před více než deseti lety. Ve spolupráci se studenty, renomovanými univerzitami, instituty a vývojovými společnostmi se Festo podílí na projektech, realizaci testbedů a technologických platforem pod hlavním mottem: Inspirováno přírodou. Cílem je využívat bioniku jako zdroj inspirace pro nové technologie a ty následně realizovat v průmyslové automatizaci. Tato aktivita je úzce propojena s inovačními procesy v rámci společnosti.
Takzvané „budoucí koncepty“ Bionic Learning Network slouží jako vývojové platformy, které kombinují širokou škálu technologií a komponent – od výrobních konceptů přes sériové produkty až po software a řídicí nebo regulační technologie. Průběžná optimalizace různých technologií dává společnosti Festo spolu se zákazníky a partnery možnost komplexního pohledu a přístupu k vývoji a optimalizaci nových produktů a aplikací.
MEDÚZY – AUTONOMNÍ CHOVÁNÍ V RÁMCI SKUPINY
Stejně jako jejich přírodní model, robotické AquaJellies se vznášejí ve vodě elegantně a zdánlivě zcela bez námahy. Je to díky adaptivním ramenům, které ovládá elektrický pohon zabudovaný v těle. Integrovaná komunikační a senzorová technologie a diagnostika v reálném čase umožňují koordinované, kolektivní chování několika medúz, dokonce i v omezeném prostoru. Zaznamenávat a sledovat aktuální stav každé medúzy lze s pomocí speciální aplikace.
Model AquaJellies 2.0 vizualizuje možnosti a představy o tom, jak by mohly v budoucnu vypadat efektivní systémy v oblasti technologií využívaných ve vodním prostředí. Monitorování procesů a stavu je důležitým tématem ve všech zařízeních používaných v zpracovatelském průmyslu, a tedy i v odvětví technologií souvisejících s vodou. Otázku sebeorganizace již dnes lze nalézt v technologii odpadních vod, například pokud jde o přivádění dešťové vody sesbírané z několika decentralizovaných přetokových nádrží do centrální čistírny odpadních vod. Monitorování stavu navíc umožňuje efektivní řízení provozu, servisu i údržby.
Festo představilo AquaJellies poprvé v roce 2008. Po deseti letech se Festo Bionic Learning Network může opět pochlubit novými projekty. Novinkami roku 2018 byl umělý pavouk a kaloň.
BIONICKÝ PAVOUK AKROBAT
Biologickým modelem pro robot BionicWheelBot se stal pavouk akrobat – maloočka Rechenbergova (Cebrennus rechenbergi) – který žije v marocké poušti Erg Chebbi na okraji Sahary. Objevil ho zde v roce 2008 Ingo Rechenberg, profesor bioniky na Technické univerzitě v Berlíně. Tento malý pouštní pavouček umí nejen chodit jako ostatní pavouci, ale dokáže se i vymrštit do vzduchu, přitom udělat několik salt, a pokračovat tak, že se valí po zemi. Těmito schopnostmi se perfektně přizpůsobil prostředí, ve kterém žije. Na rovné zemi je totiž dvakrát tak rychlý, když metá salta, než kdyby normálně kráčel. Naopak, na nerovném povrchu se pohybuje rychleji klasickým způsobem. V poušti, kde se oba typy terénu rychle střídají, je pro něj tato změna stylu výhodná.
Umožňuje mu pohybovat se bezpečně, a přitom maximálně efektivně.
Od svého objevu profesor Rechenberg pracoval na přenosu pohybových vzorců tohoto jedinečného tvora na pole techniky. Studie jeho chování vedly k návrhům různých robotů, které se dokážou prohánět těžkým terénem. Na vývoji kinematiky a koncepce pohonu u robotu BionicWheelBot spolupracovali vědci z Technické univerzity v Berlíně s bionickým týmem Festo.
Aby se bionický pavouk BionicWheelBot mohl začít valit, musí ohnout tři nohy na levé i pravé straně těla a udělat ze sebe kolo. Dvě nohy, které měl při chůzi sklopené, se natáhnou a odstrčí srolovaného pavouka od země a udržují ho ve valivém pohybu. Díky tomu se koulející pavouk nezastaví v důsledku tření a může se pohybovat vpřed i na nerovném terénu. Při valivém pohybu je umělý pavouk, stejně jako jeho přirozený model, mnohem rychlejší než při chůzi. Robot může tímto způsobem dokonce překonat i pětiprocentní stoupání.
LETOVÝ AKROBAT: BIONICKÝ KALOŇ
Flying Fox Když nelétají, žijí kaloni ve světě, kde je všechno vzhůru nohama. Spánek, jídlo, páření – členové největší rodiny netopýrů upřednostňují veškerou činnost s hlavou dolů. Když ale vzlétnou k nebi, jsou jedním z nejpůsobivějších letců živočišné říše s rozpětím křídel až 170 cm. Jejich bionický protějšek – BionicFlyingFox – je neméně impozantní a pyšní se rozpětím křídel 228 cm.
I přes velké rozpětí křídel dokáže bionický kaloň uřídit i těsný poloměr letu. To je možné díky kinematickému systému, který pracuje na nůžkovém principu. Při stoupání se křídla složí, a pokud chce kaloň prudce klesat, roztáhne je směrem dozadu. Tohoto účinku se dosáhne pomocí chytrého mechanismu, který se skládá z 90° a ozubených převodovkových jednotek s pastorkem, které synchronně pohybují křídly pomocí nucené kinematiky. Letové manévry lze monitorovat setrvačnými snímači a palubní elektronikou a v případě potřeby je korigovat příslušnými řídicími signály.
Bionický kaloň komunikuje se systémem sledování pohybu, takže se může pohybovat v rámci definovaného vzdušného prostoru. Ten zjišťuje polohu, plánuje dráhy letu a vysílá řídicí příkazy. O startování a přistávání se stará lidský pilot. Obrazy z kamerového systému sledování pohybu se přenášejí do centrálního řídicího počítače, který vyhodnocuje data a koordinuje let jako vedoucí letového provozu. Umělý kaloň si sám s pomocí palubní elektroniky vypočítává pohyby křídel a nohou nutné k zachování letové trasy. Algoritmy, které potřebuje, dostává z hlavního počítače, který je neustále zlepšuje. Bionický kaloň je tak schopen optimalizovat své chování během letu a při každém obletu dokáže lépe sledovat vytyčené trasy. Proto stačí na začátku naprogramovat do řídicí elektroniky pouze některé údaje.
Kromě kinematiky a samoučicího se řídicího systému je umělý kaloň rovněž vybaven lehkou konstrukcí. Membrána modelu je tenká a ultralehká, ale současně mimořádně silná. Skládá se ze dvou vzduchotěsných fólií a elastanové tkaniny, které jsou svařeny dohromady v přibližně 45 000 bodech. Díky své pružnosti zůstává umělá membrána prakticky bez záhybů, i když má kaloň složená křídla. Plástová konstrukce křídla zabraňuje zvětšování se malých trhlinek.
BIONICKÉ LÉTÁNÍ, KTERÉ PŘEDCHÁZELO LETU NETOPÝRA
Sen o létání provází lidi už od nepaměti. Fascinovaně sledujeme příslušníky živočišné říše a nestačíme se divit, kolika různými způsoby dokázala příroda „vyrobit“ nezbytný nástroj k létání, tedy křídla. Létání je ale i stále se opakující téma v bionice, které se společnost Festo věnuje již mnoho let ve spolupráci s univerzitami, vysokými školami a rozvíjejícími se firmami.
Úplně na začátku se odborníci na bioniku ze společnosti Festo blíže podívali na ploutve rejnoka. I když rejnok žije ve vodě, ploutvemi mává podobně jako křídly. Tento princip se podařilo v roce 2007 zopakovat v bionické „létající rybě“ Air_ray. Díky své lehké konstrukci, obsahu helia, který ji držel ve vzduchu, a pohonu křídel s efektem Fin Ray Effect® se tento balón/ryba pohyboval ve vzduchu úplně stejně jako jeho reálná předloha v moři. Podobný koncept stál i za létajícími tučňáky – AirPenguins z roku 2009. Jejich technologie letu je velmi podobná technice plavání skutečných tučňáků. Pohyb dopředu i dozadu uskutečňují pasivně zakroucená křídla.
Prvním skutečným ptákem, který vzlétl z bionické laboratoře Festo, byl racek – SmartBird. Lidé ho mohli poprvé vidět kroužit ve vzduchu v roce 2011. Unikátní na něm bylo mj. i to, že dokázal vzlétnout i přistát sám, tedy bez jakéhokoliv dalšího přídavného pohonu. Neuměl jen mávat křídly nahoru a dolů, ale dokonce i zvláštním způsobem zatáčet. Tohoto efektu se dosáhlo pomocí aktivního kloubového torzního pohonu, který ve spojení se složitým řídicím systémem umožnil získat dosud nevídanou efektivitu letu.
Ještě složitější mechaniku pohybu můžeme pozorovat u vodní vážky. Její letové schopnosti jsou zcela unikátní – umí manévrovat ve všech směrech v prostoru nebo zastavit se ve vzduchu na místě a plachtit, aniž by vůbec pohnula křídly. Díky schopnosti pohybovat každým párem křídel nezávisle se dokáže okamžitě zastavit, v mžiku otočit, obrovsky zrychlit a dokonce letět pozpátku. Bionický tým Festo implementoval tyto vlastnosti do ultralehkého létajícího objektu s názvem BionicOpter, který představil veřejnosti v roce 2013. Poprvé v historii se tak podařilo sestrojit létající objekt, který měl lepší letové schopnosti než helikoptéra, motorové letadlo a kluzák dohromady. Řízením frekvence otevírání klapky a rotace každého křídla lze všechna čtyři křídla modelu BionicOpter individuálně nastavit jak z hlediska směru, tak i síly tahu. Tímto způsobem může dálkově ovládaná vážka zaujmout v prostoru téměř libovolnou pozici.
Rok 2015 byl ve znamení miniaturizace a létajících motýlů – eMotionButterflies. Každý z bionických motýlků Festo vážil pouhých 32 g, ale přitom byl vybaven složitou elektronikou. Motýli dokázali přesně aktivovat svá křídla každé zvlášť a díky tomu se velice rychle pohybovat. Pohyb motýlů v prostoru sledovalo 10 infračervených kamer, které průběžně odesílaly údaje o jejich pozici do centrálního počítače, který na jejich základě řídil jejich další pohyb.
Foto: Festo AG & Co. KG