20/12/2022
Door Ad Spijkers
EPFL-onderzoekers hebben een methode ontwikkeld waarmee een robot met klappende vleugels autonoom op een horizontale zitstok kan landen.
Als een vogel op een tak landt, lijkt de manoeuvre de gemakkelijkste ter wereld. Maar het neerstrijken vereist een delicaat evenwicht tussen timing, kracht, snelheid en precisie. Het is een beweging die zo complex is dat geen enkele robot met klappende vleugels (ornithopter) hem tot nu toe onder de knie heeft gekregen.
Landingsgestel
Onderzoekers aan de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hebben een landingsgestel beschreven dat zulk neerstrijken mogelijk maakt. Ze bouwden en testten het in samenwerking met collega's van de Universiteit van Sevilla. Hier werd de ornithopter van 700 g ontwikkeld als onderdeel van het Europese project Griffin.
Het is de eerste fase van een groter project. Als een ornithopter eenmaal autonoom op een boomtak kan landen, heeft hij de potentie om specifieke taken uit te voeren. Zo kan hij onopvallend biologische monsters verzamelen of metingen aan een boom uitvoeren. Uiteindelijk zou hij zelfs op kunstmatige constructies kunnen landen, wat verdere toepassingsgebieden zou kunnen openen.
Zoals veel onbemande luchtvaartuigen (UAV's) hebben ornithopters een beperkte levensduur van de batterij. De mogelijkheid om op een tak te landen zou een efficiëntere manier kunnen om op te laden met behulp van zonne-energie, waardoor ze mogelijk geschikt zijn voor langeafstandsmissies.
Kracht, precisie; gewicht, snelheid
De technische problemen bij het landen van een ornithopter op een tak zonder externe commando's vereisten het beheersen van veel factoren die de natuur al perfect in evenwicht heeft gebracht. De ornithopter moet tijdens het neerstrijken aanzienlijk kunnen vertragen, terwijl hij toch kan blijven vliegen. De klauw moet sterk genoeg zijn om de zitstok vast te pakken en het gewicht van de robot te dragen, zonder zo zwaar te zijn dat hij niet omhoog gehouden kon worden. Dat is een van de redenen waarom de onderzoekers voor een enkele klauw gingen in plaats van twee. Ten slotte moet de robot zijn omgeving en de zitstok ervoor kunnen waarnemen in relatie tot zijn eigen positie, snelheid en baan.
De onderzoekers hebben dit allemaal bereikt door de ornithopter uit te rusten met een volledige boordcomputer en navigatiesysteem, aangevuld met een extern motion capture systeem om de positie te bepalen. De klauw van de ornithopter was fijn gekalibreerd om de op en neergaande oscillaties van de vlucht te compenseren terwijl hij probeerde de tak vast te pakken. De klauw zelf is ontworpen om het voorwaartse momentum van de robot bij een botsing te absorberen en om snel en stevig te sluiten om het gewicht te ondersteunen. Eenmaal neergestreken, blijft de robot zonder energieverbruik op de tak of stok zitten.
Toekomst
Zelfs met al deze factoren om rekening mee te houden, slaagden de onderzoekers er in om twee ornithopters met klauwpoten te bouwen om hun zitresultaten te repliceren. Op dit moment worden de vluchtexperimenten binnenshuis uitgevoerd, omdat ze een gecontroleerde vluchtzone nodig hebben met nauwkeurige lokalisatie van het motion capture-systeem. In de toekomst willen ze de autonomie van de robot vergroten om zit- en manipulatietaken buitenshuis uit te voeren in een meer onvoorspelbare omgeving.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier. De link in het filmpje vindt u hier.
Foto: EPFL, Raphael Zufferey