Festo setzt sich seit über 15 Jahren unter dem Dach des Bionic Learning Networks mit neuen Technologien rund ums Fliegen auseinander. Mit der BionicBee stellt der Entwickler nun Roboterbienen vor, die nach dem Vorbild der Natur im Schwarm ausfliegen. Wie genau die autonomen Roboter in der Luft agieren, präsentiert das Unternehmen im Rahmen einer ersten Flugshow auf der diesjährigen Hannover Messe.
Sie ist das bislang kleinste Flugobjekt, das durch die Entwickler der Bionic Learning Networks auf den Weg gebracht wurde: Die BionicBee ist nur 34 Gramm schwer und misst in der Länge 220 Millimeter. Mit 240 mm Flügelspannweite und innovativer Technik im Inneren sind die Roboterbienen von Festo dazu in der Lage vollkommen autonom im Schwarm zu fliegen.
Konsequenter Leichtbau sorgt für gute Manövrierbarkeit
Die Entwickler von Festo arbeiten bei der BionicBee erfolgreich nach den Grundprinzipien des generativen Designs. Schon wenige Parameter reichen demnach aus, um eine optimale Struktur zu kreieren, nach der die kleinen Roboterbienen schließlich im konsequenten Leichtbau entstehen. Das minimale Gewicht sowie die durchdachte Bauweise bescheren den winzigen Bienen eine ausgezeichnete Manövrierbarkeit und sind die Grundpfeiler für eine längere Flugdauer.
Damit die BionicBee in der Gruppe ausschwärmt, setzt Festo auf einen zentralen Rechner, der den Bienen den genauen Pfad vorgibt. Er arbeitet mit einer beeindruckend hohen zeitlichen sowie räumlichen Genauigkeit. Dadurch können die Bienen selbst in enger Formation kollisionsfrei ausschwärmen. Für die Bahnplanung berücksichtigt der Rechner automatisch den Einfluss der Luftverwirbelung.
UWB-Indoor-Lokalisierungssystem ermöglicht sicheren und autonomen Schwarmflug
Durch den Einsatz eines mit der Ultra-Breitband-Technologie arbeitenden Lokalisierungssystems kann Festo seine Roboterbienen im Schwarm ausfliegen lassen. Die insgesamt acht UWB-Anker wurden hierfür auf zwei Ebenen positioniert. Die BionicBee-Roboter orientieren sich durch die Anker sicher im Raum und sind dazu in der Lage eine präzise Laufzeitmessung durchzuführen. Die Bienen empfangen permanent Signale von den Ankern, sind aber dazu in der Lage, ihre Position im Raum autonom zu berechnen. Hierfür messen sie anhaltend Sendeelemente und gleichen diese mit einem Zeitstempel ab.
Automatische Kalibrierfunktion macht gemeinsame Steuerung möglich
Festo fertigt jede BionicBee von Hand. Das macht die kleinen Bienen anfällig für minimalste Fertigungsunterschiede, die jedoch erheblichen Einfluss auf das Flugverhalten haben können. Um diese auszugleichen und einen sicheren Flug zu bewerkstelligen, verfügt jede Roboterbiene über eine automatische Kalibrierfunktion. Schon ein kurzer Testflug reicht aus, damit die Bienen dazu in der Lage sind, die Reglerparameter selbständig zu optimieren. Mithilfe einer intelligenten Algorithmik gelingt es den Entwicklern jedoch, die bei den Bienen vorhandenen Hardwareunterschiede herauszurechnen. So kann nicht nur die einzelne BionicBee, sondern der komplette Schwarm identisch von außen gesteuert werden.
Roboterbiene reichen zwei Flügel aus
Während die Biene in der Natur auf vier Flügel angewiesen ist, die beim Anflug ineinander haken, um die Oberfläche zu vergrößern, kommt die 34 Gramm schwere BionicBee mit nur zwei Flügeln aus. Durch den verbauten, bürstenlosen Motor arbeiten die Flügel mit einer Frequenz zwischen 15 und 20 Hertz. Damit die Geometrie während des gesamten Flugs optimiert wird, verbauen die Entwickler in jeder Roboterbiene insgesamt drei Servomotoren. Die Flügelstellung kann permanent variiert werden, sodass sich der Auftrieb verändert. Im schlanken Körper der BionicBee verstecken sich zudem modernste Kommunikationstechnik sowie ein leistungsstarker Akku.
Festo setzt Entwicklungsarbeit unaufhaltsam fort
Die BionicBee ist nicht das erste Robotertier, mit dem es Festo gelingt, das Schwarmverhalten zu imitieren. Vor wenigen Jahren zogen die Entwickler bereits mit der robotischen Ameise die Blicke auf sich. Hier erreichten sie beim Schwarmverhalten am Boden große technische Erfolge.
Unter dem Dach der Bionic Learning Network möchten deutsche und ausländische Forschungseinrichtungen künftig ihre Zusammenarbeit fortsetzen. Primäres Ziel ist es, sowohl Verfahren als auch Mechanismen, die ihren Ursprung in der Natur finden, auf technische Systeme zu übertragen.
Die Entwickler überraschten in der Vergangenheit immer wieder mit verschiedenen Greifern, die aufgrund innovativer Hard- und Software Tiere authentisch imitieren konnten. Zu den erfolgreichsten Objekten gehörten neben der flugfähigen Möwe die robotische Libelle und der Flex Shape Gripper, der sich an der Zunge eines Chamäleons orientiert.
Quelle: Festo, Golem, Elektronixpraxis
