仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò) — 飛行家族

       飛行是人類古老的夢(mèng)想之一。它們向我們展示的各種各樣的飛行方式，總是讓我們對(duì)他們的所驚嘆。在仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中，飛行也是永恒的話題。多年以來，費(fèi)斯托與高校、研究機(jī)構(gòu)和研發(fā)企業(yè)合作，借鑒自然界的基本科學(xué)原理，打造了眾多研究載體。仿生學(xué)家們先是注意到了蝠鲼的胸鰭。蝠鲼雖生活在水中，但當(dāng)它游動(dòng)時(shí)，胸鰭卻如同翅膀一般上下拍打。。2007年，我們將這一原理應(yīng)用于Air_ray  中。這種人造鰭片采用氣流優(yōu)化式設(shè)計(jì)，可提高空氣動(dòng)力效率，同時(shí)翅膀可以靈活扭轉(zhuǎn)，確保全部力量可以*得到發(fā)揮。一臺(tái)伺服電機(jī)沿縱向交替驅(qū)動(dòng)兩個(gè)側(cè)翼，使羽翼上下擺動(dòng)。另一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)拍打著的翅膀沿橫向軸旋轉(zhuǎn)，由此操控 Air_ray 向后移動(dòng)。憑借Fin Ray Effect® 輕巧的設(shè)計(jì)，氦氣的浮力與拍打翅膀產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力，Air_ray能如同蝠鲼在水中游動(dòng)一樣在空氣中移動(dòng)。

      2009 年開發(fā)的 AirPenguin 也采用了類似原理。它們運(yùn)用的飛行技術(shù)與其生物樣板的游動(dòng)技巧類似。被動(dòng)扭轉(zhuǎn)翅膀可產(chǎn)生正向與反向推力。AirPenguin 是第三組可以自主飛行的產(chǎn)品，它們漂浮于空間內(nèi)，空間范圍由超聲波發(fā)射站進(jìn)行監(jiān)控。這些“企鵝”可在這一空間內(nèi)自由移動(dòng)。微控制器使這些“企鵝”可以自主地或根據(jù)特定規(guī)則探索這一空間。

 從水下延伸到天空
        2011 年，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上解碼了鳥類飛行的秘密，并研發(fā)出了 SmartBird。該仿生設(shè)計(jì)受銀鷗的啟發(fā)，無需外力驅(qū)動(dòng)即可進(jìn)行自主啟動(dòng)、飛行和降落。其翅膀不僅可以上下拍打，而且能以特定方式扭轉(zhuǎn)。該設(shè)計(jì)中有一個(gè)活動(dòng)的關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，可通過一系列復(fù)雜原理實(shí)現(xiàn)高效驅(qū)動(dòng)。通過連續(xù)診斷確保安全飛行。SmartBird 飛行時(shí)，翅膀位置、翅膀扭轉(zhuǎn)情況或電池狀態(tài)等數(shù)據(jù)均由軟件記錄下來和實(shí)時(shí)驗(yàn)證。

蜻蜓的飛行技巧
蜻蜓的飛行方式更為復(fù)雜。其飛行特性十分*：它可以沿所有空間方向飛行、在空中保持靜止且緩緩滑翔而*不用拍打翅膀。蜻蜓的兩對(duì)翅膀活動(dòng)時(shí)互不影響，使其可以突然停止或轉(zhuǎn)向，在短時(shí)間內(nèi)加速，甚至是向后飛行。
2013 年，我們的仿生團(tuán)隊(duì)根據(jù)這些高度復(fù)雜的性能開發(fā)出了一款超輕型飛行器，即 BionicOpter。
*將直升機(jī)、引擎飛機(jī)和滑翔機(jī)這三種飛機(jī)的飛行方式匯聚于一個(gè)機(jī)型 通過控制拍打頻率和每個(gè)翅膀的旋轉(zhuǎn)，我們可以根據(jù)方向和推力強(qiáng)度分別對(duì)四個(gè)翅膀進(jìn)行調(diào)整。遠(yuǎn)程操控蜻蜓飛行器到達(dá)所在空間內(nèi)的幾乎各個(gè)角落。

集體飛行
2015 年，F(xiàn)esto 通過 eMotionButterflies 在輕型結(jié)構(gòu)和微型化方面又邁近了一步，每只仿生蝴蝶的重量只有 32 克。
為了盡可能地復(fù)制自然生物樣板的飛行，eMotionButterflies 配備了高度集成的機(jī)載電子設(shè)備。它們可以獨(dú)立地控制各個(gè)機(jī)翼，實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)。安裝在空間內(nèi)的十臺(tái)攝像機(jī)通過紅外標(biāo)記感測(cè)這些“蝴蝶”的位置， 然后將位置數(shù)據(jù)傳輸至中央控制主機(jī)，協(xié)調(diào)蝴蝶的運(yùn)動(dòng)。

在限定的空間內(nèi)進(jìn)行半自主地飛行
仿生工程師進(jìn)一步開發(fā)了智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并在 2018 年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上展出了 BionicFlyingFox。
通機(jī)載電子設(shè)備和外部攝像機(jī)系統(tǒng)的配合使用，F(xiàn)lyingFox 可進(jìn)行半自主飛行。可使人工仿生蝙蝠以2.28米的翼展從空中飛過。它擁有富有彈性的翼膜，從兩翼一直延伸至后肢。該翼膜為專門研制，由一塊氨綸織物和氣密薄膜組成，通過選擇性焊接緊密地焊接在一起。織物呈蜂窩結(jié)構(gòu)，因此即便輕微受損，BionicFlyingFox 也能夠繼續(xù)飛行。