В Германии представили новые проекты в области Бионики

Festo презентует новые проекты в области Бионики

Бионическая Образовательная Сеть (Bionic Learning Network), которую немецкая компания Festo совместно с ведущими университетами и компаниями-разработчиками основала в 2006 году,  в очередной  раз придала новый импульс технологиям автоматизации,  представив всему миру последние проекты на выставке Hannover Messe 2014. На примере бионических разработок – “BionicKangaroo” “DualWingGenerator”, “MultiChoiceGripper” и “eMotionSpheres” Festo наглядно демонстрирует, как принципы, действующие в природе, вдохновляют на уникальные технические решения во благо будущего в области автоматизации.

В ходе реализации амбициозных проектов активно велись научно-исследовательские работы в таких направлениях, как рекуперация энергии, самоорганизация, адаптивные системы, новые концепции приводов и системы позиционирования. В этом отношении, разработчики сконцентрировались на подходе, в основе которого лежат технологии систем с сетевой структурой и взаимодействие человека и машины. 

BionicKangaroo – робот-кенгуру с энергоэффективной кинематикой прыжка

Команде разработчиков Бионической Образовательной Сети Festo понадобилось два года для максимально приближенного воссоздания особенностей передвижения кенгуру. Робот BionicKangaroo теперь выполняет то, что свойственно его живому прототипу, а именно рекуперирует и сохраняет энергию, а после восстанавливает ее при следующем прыжке. Для осуществления прыжка в живой природе очень важную функцию выполняет Ахиллово сухожилие. В биотехническом прототипе функция сухожилия осуществляется с помощью сделанной из резины эластичной связки, которая крепится к задней части ноги параллельно пневмоцилиндру, размещенном на коленном суставе. Искусственное сухожилие смягчает прыжок, одновременно поглощая кинетическую энергию и расходуя ее при следующем прыжке.

Точная система автоматического управления и регулирования обеспечивает необходимую стабильность при выполнении прыжка и приземления, а благодаря пневматике кенгуру достигает высокой динамики прыжка. Помимо этого, в узлах, для которых необходима высокая точность позиционирования, используются электромоторы: к примеру, для контроля движения хвоста и бедер. Таким образом, Festo на примере робота-кенгуру показывает, как пневматика и электромеханика могут сочетаться благодаря системам управления нового поколения, разработанных Festo для создания высокодинамичной системы.
Эксперты Festo также не обошли вниманием такой важный аспект, как мобильное энергосбережение. С этой целью были разработаны две концепции – со встроенным компрессором и мобильным энергоаккумулятором высокого давления. Опорно-двигательный аппарат выполнен с помощью технологии лазерного спекания, и дополнительно армирован углеродом.  В результате механическое животное высотой приблизительно в 1 метр весит всего 7 килограмм, и обладает потрясающей возможностью совершать прыжок на дистанцию 80 сантиметров. В довершение всего, этот биоробот очень прост в управлении – с помощью жестов.

«Полное повиновение – совершенная форма» – новое достижение в области бионики демонстрирует силу человеческой изобретательности  и плодотворность коллективной работы. 

eMotionSpheres – автономные системы, исключающие столкновение

Восемь белых сфер движутся в воздухе по индивидуальным траекториям, пока произвольные движения не приведут к построению шаров в организованный строй. Внезапно одна из сфер отделяется, в то время как другие следуют за ней, напоминая жемчужины бус. Безупречно прямая линия становится синусоидой кривой, образуя далее идеальный круг. На примере воздушных маневров Festo представляет идею, как благодаря интеллектуальному объединению в сеть можно координировать несколько объектов в 3-х мерном пространстве, избегая при этом столкновений. Десять камер, установленных в помещении, фиксируют позицию шаров посредством активных инфракрасных маркеров и передают информацию о местонахождении в центральный компьютер, при этом шары выполняют просчитанные компьютером операции децентрализировано.

Принцип действия eMotionSpheres – 8 шаров диаметром 95 см, заполненных гелием, – был заимствован у робота-стрекозы BionicOpter (2013), в частности технология адаптивных пропеллеров. Инженеры-конструкторы вторично воплотили принцип работы крыльев стрекозы, перенеся уникальный приводной механизм в конструкцию сферичных шаров: адаптивная приводная техника одинаково эффективно передает импульс как при полете вперед, так и в обратном направлении. Примечательно, что сферы заряжаются на станциях самостоятельно.  Они могут парить в воздухе несколько дней подряд без малейшего вмешательства человека.

Как и любая научная разработка, бионические творения пройдут путь от базовой идеи до удивительного механизма, вплоть до ощутимого результата в производстве. В технологии eMotionSpheres заложен потенциал для применения на фабриках будущего, а именно безопасное взаимодействие человека и машины. Автономное и адаптивное поведение технических систем также позволяет контролировать вмешательство человека в любое время, тем самым открывая новые перспективы работы в будущем. К примеру, в логистике система может быть использована для мониторинга функций небольших роботов и транспортных средств. Потенциально она также применима как система навигации – для посетителей выставок, музеев или крупных мероприятий.

DualWingGenerator – генерация энергии по принципу взмаха крыльев

Данная разработка – выдающаяся технологичная платформа, совмещающая в себе две пары горизонтально расположенных крыльев. Именно они являются источником электроэнергии, заменив привычные лопасти несущего винта. Главный принцип механизма – противоположный взмаху крыльев. Птица, совершая естественные для живой природы движения, взмахами крыльев вырабатывает достаточно энергии для полета, тогда как установка DualWingGenerator, наоборот, извлекает кинетическую энергию из потоков воздуха. Линейные движения механических крыльев конвертируются во вращательные, а электромотор преобразует полученную энергию в ток. При этом, устройство наделено автономностью – возможностью самостоятельно адаптироваться к разным характеристикам ветра. Эффективностью оно не уступает небольшим ветровым электростанциям, демонстрируя невероятные характеристики даже при малой скорости ветра: в диапазоне 4-8 м/с установка имеет высокий КПД по сравнению с небольшими ветрогенераторами.

MultiChoiceGripper – вариации захвата, присущего человеку

MultiChoiceGripper предлагает уникальную комбинацию разных типов захватов с гибкими адаптивными пальцами. Таким образом, механические пальцы выполняют захват как параллельно, по принципу противостоящего большого пальца человека, так и центрически, не требуя при этом дополнительных настроек. Это стало возможно благодаря двум вращающимся слотам пальцев на корпусе захвата, которые могут быть расположены или вокруг центральной точки, или напротив третьего пальца. На такое техническое решение разработчиков натолкнула  самая обыденная вещь: человеческая рука, в особенности большой палец с возможностью вращаться на 130 градусов по отношению к другим пальцам. В зависимости от требований, наряду с адаптивными пальцами можно установить несколько дополнительных пальцев: от двух до шести. Таким образом, новая конструкция способна выполнять захват не только в разных направлениях, но и захватывать абсолютно разные формы.

Впервые адаптивный захват с Fin Ray®  эффектом был изобретен Festo в 2009 году, с тех пор данная технология только совершенствуется. К примеру, захват поколения 2014 сделан из полиуретана, совместимым с пищевыми продуктами.