Faltbare Flügel der Vögel konnte flinke Drohnen begeistern.

Diese Geschichte wurde am 31. März um 1:01 Uhr ET aktualisiert.

Eine Drohne, die die Art und Weise imitiert Vögel Falten und ihre Flügel flattern die Gestaltung der künftigen autonomen unbemannten verbessern könnte, und könnte sogar helfen die Maschinen widerstehen Luft Kollisionen.

Die geflügelten Tiere haben ein Handgelenk, die es die Spitzen ihrer Flügel ermöglicht zu Falten, so dass die Tiere ihre Flügel zu stecken, beim Navigieren in und um enge Räume. Dies verhindert auch Verletzungen durch versehentliche Kollisionen mit Niederlassungen oder andere Tiere Flügel, weil es die Wucht des Aufpralls verringert, da die Flügel nach innen biegt.

Nun haben Forscher an der Stanford University ein 3D-gedruckten Scharnier inspiriert durch das Handgelenk entwickelt. Die Wissenschaftler integriert das synthetische Gelenk das Kohlefaser-Skelett einer Drohne mit mit Flügeln, die in einem Membran-Art Film inspiriert von Fledermäusen fallen. [Biomimetik: 7 clevere Technologien von der Natur inspiriert]

Wenn mit einem Stahl-Stab geschlagen – die Flügel schlagen einen Zweig während des Fluges zu simulieren – die Forscher fanden heraus, dass die Spitze des Flügels der Stoß gedämpft durch nach innen falten. Der Flügel auch schnell erholt und entfaltet zurück in seine volle Spanne innerhalb ein Schlag durch Zentrifugalkräfte (diejenigen, die Weg von den Drehpunkt ein rotierendes Körpers zeichnen) durch die flatternden Bewegung induziert.

"Das war sehr spannend, weil es bedeutet, dass Roboter Flügel eingehende Hindernisse passiv ohne die Notwendigkeit für Sensoren oder Motoren, anpassen können", sagte David Lentink, Assistant Professor für Maschinenbau an der Stanford University, und einer der Autoren der Studie veröffentlicht heute online (26. März) in der Zeitschrift Bioinspiration und Bionik.

Die US Office of Naval Research finanziert die Forschung als Teil eines Multi-Organ-Projekts zu untersuchen, wie geflügelte Drohnen könnten, zur Durchführung von Missionen in Umgebungen, die derzeit zu schwierig für die meisten unbemannten Luftfahrzeugen (UAV verwendet werden) zu navigieren, wie dichte Wälder.

Die neue Lösung könnte die Notwendigkeit, komplexe Vision und Kontrollsysteme zu entwerfen, indem man die Drohnen selbst robuster gegen Navigationsfehlern erheblich reduzieren. Der Mechanismus ist zudem leichter als mehr mechanisiert Lösungen. In der Tat bewirkt, dass der Roboter Flügel das Handgelenk-Art Gelenk hinzufügen nur 3 Prozent in das Gesamtgewicht der Drohne.

"Man können nicht alles, was Vögel mit der heutigen Technologie zu tun, also musst du es kondensieren erreichen," sagte Lentink Leben Wissenschaft. "Aber wir sind sehr begeistert von dieser sehr einfachen Schritt zu erreichen eine sehr elegante Lösung, was scheint, ein sehr komplexes Problem zu sein."

Ursprünglich das Ziel des Projektes war es, die Vögel Fähigkeit, ihre Flügel stecken beim Navigieren zwischen den Hindernissen zu imitieren, und die Forscher zunächst geplant, eine Art von Motor zu verwenden, um dieses Ziel zu erreichen. [5 überraschende Möglichkeiten Drohnen könnte in der Zukunft verwendet werden]

Aber als Fan von Origami – die japanische Kunst des Papierfaltens-Studentin Amanda Stowers begann Herumspielen mit Designs mit passiven Handgelenk und eine klappbare Flügel-Membran. Wenn sie das Flügelschlagen entdeckte sie, dass die entstehenden Kräfte ausreichten, um die Flügel automatisch zu entfalten.

"Amanda auch herausgefunden, dass wenn Sie gegen den Flügel schieben, es faltet sich wieder und faltet sich automatisch wieder," sagte Lentink. "Wir dachten,"Oh, Wow,"weil wir wirklich nicht erwarten, dass es gut funktioniert. Ich sagte ihr, zurück ins Labor und schlagen sie so hart wie sie nur konnte und sehen was passiert. "

Während der Tests wurde die Drohne, basiert auf einem Design, das Lentink an der Universität Delft in den Niederlanden mitentwickelt, zu einer Tabelle in einer stationären Position verschraubt. Stowers verwendet dann eine Stahlstange Streikrecht den Flügel mit geringen Auswirkungen und High-Impact Geschwindigkeiten und bei verschiedenen Frequenzen flattern.

In allen Fällen der Flügel überstand die Auswirkungen und entfaltete sich wieder in einen Rhythmus, keine erkennbaren Schäden erleiden.

Zum besseren Verständnis der Dynamik der wie Flügel nach oben falten und dann zu entfalten, konstruiert die Forscher ein Computer-Modell des Prozesses. Dies zeigte, dass der Prozess durch Fliehkräfte induziert durch die flatternden Bewegung angetrieben wird. Anhand der Simulation um zu modellieren, wie dies funktioniert auf kleinere und größere Flügel, fanden die Forscher heraus, dass der Prozess auf Drohnen in verschiedenen Größen, angewandt werden könnte, sagte der Wissenschaftler.

"Unabhängig von Maßstab, ob der Roboter sehr klein oder sehr groß ist, ist es immer entfalten kann in einem Flügelschlag" Lentink sagte. "Gehst du zu einem kleinen Maßstab in den Flügeln schneller, gewinnen sie noch innerhalb ein Flügelschlag. "Ich fordere, dass jemand eine mechatronische Lösung einfallen, die es so schnell tun können."

Christophe De Wagter, ein Forscher im Labor Lentink in Delft, arbeitete darauf hingewiesen, dass flatternden Flügel bereits mehr Kollision-beständig als Rotoren, da sich mit Flügeln von Hindernissen schieben kann.

Aber er fügte hinzu, das Stanford paar Innovation war "eine interessante Entwicklung", die flatternden Drohnen "einen Schritt näher an nützlichen intelligente, autonome und Kollision-Nachweis Erkundungsflug in unübersichtlichen Umgebungen." bringen könnte

Die Forscher der Stanford arbeiten jetzt an einer Drohne, die diese Fähigkeit von Kollisionen während des Fluges erholen nutzen können.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Geschichte wurde aktualisiert, um Kommentare von Christophe De Wagter.

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