24/05/2023
Door Ad Spijkers
Met de DroneHub kunnen onderzoekers de interactie van drones, infrastructuur en natuur onderzoeken en verder ontwikkelen.
Vliegende, mobiele en stationaire robots zullen in de toekomst een grote rol gaan spelen in ons leven. Drones en robots onderhouden en repareren gebouwen, observeren natuurverschijnselen en vervoeren goederen. Met de DroneHub moet in het onderzoeks- en innovatiegebouw NEST op de campus van de Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in Dübendorf (oostelijk van Zürich) een soort duiventil worden gecreëerd. Hier kunnen onderzoekers van het instituut, samen met industriële en academische onderzoekers, de interactie van drones, infrastructuur en natuur onderzoeken en verder ontwikkelen.
Onderzoek
Drones zullen in de toekomst onze gebouwen en onze infrastructuur inspecteren en onderhouden. Zij herkennen bijvoorbeeld schade en voeren zelfstandig reparatie- en onderhoudswerkzaamheden uit. De onderzoekers van Empa het Aerial Robotics Lab aan het Imperial College London halen inspiratie voor hun onderzoek uit de natuur.
Dit resulteert in drones die als watervogels in en uit het water duiken en binnen enkele seconden de lucht in stijgen, of drones die zich aan muren en plafonds hechten en als spinnen langs dunne draden naar beneden abseilen. Ook worden zwermen drones gecreëerd die zijn geïnspireerd door bijenkolonies en tijdens de vlucht 3D kunne printen. Tegelijkertijd werken de onderzoekers aan biohybride vliegende robots die na het werk biologisch vergaan in de natuur en geen sporen nalaten.
Als aanvulling en om de ontwikkelcondities nog realistischer te maken, wordt nu op het onderzoeks- en innovatiegebouw NEST een soort duiventil gebouwd, die kan worden gebruikt als permanente buitentestomgeving voor diverse toepassingen. Met de DroneHub bij NEST willen de onderzoekers de behoeften van de industrie beter begrijpen en meenemen in hun onderzoek. Empa roept geïnteresseerde bedrijven op om daaraan mee te werken.
3D printen
De DroneHub is een soort kooi met een hoogte van maximaal 11 m en een vloeroppervlak van 90 m2. Het bestaat uit een buisconstructie en een rooster en bevindt zich op het bovenste platform van NEST. In de laatste fase zal de DroneHub testomgevingen bieden voor drie onderzoeksgebieden.
Een experimentele gevel kenmerkt het beeld aan de noordzijde. De wand is voorzien van verwisselbare elementen met verschillende oppervlakken en wordt gebruikt om drones te ontwikkelen die inspectie- en reparatiewerkzaamheden in de verticaal kunnen uitvoeren. Dit omvat ook 3D-printprocessen vanuit de lucht, in vakjargon aerial additive manufacturing. De drones kunnen bijvoorbeeld scheuren detecteren en repareren zonder dat er complexe steigers nodig zijn of de veiligheid van mensen in gevaar komt.
De constante paraatheid van de drones verhoogt de snelheid waarmee schade kan worden hersteld, wat betekent dat mogelijke infrastructuurstoringen kunnen worden geminimaliseerd. Dit kan met name relevant zijn voor energiesystemen zoals windturbines of dammen. Omdat de DroneHub zich in de open lucht bevindt, maar tegelijkertijd binnen een bouwconstructie, zijn er realistische omstandigheden qua weer en wind en de daaruit voortvloeiende turbulentie.
Biosfeer
Een tweede onderzoeksveld richt zich op de interactie tussen drones en de natuur. Het klimaatonderzoek van vandaag steunt op sensor- en monitoringgegevens uit de omgeving. Drones zijn goede dataleveranciers, vooral in onbegaanbare en ruime gebieden. Bij reguliere vluchten zijn specifieke sensoren in de natuur te plaatsen en de data uit te lezen.
Het is belangrijk dat de sensor- en dronesystemen zelf geen negatieve impact hebben op het milieu. Dat is waar de DroneHub om draait: er kunnen tests worden uitgevoerd met biologisch afbreekbare drone- en sensormaterialen in een natuurlijk ontworpen omgeving met bomen en bosgrond. Een deel van deze biosfeer is ook bedoeld als 'kas' voor biohybride robotconstructies. Dit geldt bijvoorbeeld voor het kweken van componenten voor drones gemaakt van hernieuwbare en biologisch afbreekbare materialen.
Co-existentie
Voor het derde onderzoeksgebied moet de DroneHub worden aangevuld met interfaces met de buitenwereld. Als mensen zich een toekomst voorstellen waarin drones op natuurlijke wijze zijn geïntegreerd in het dagelijkse stadsleven en robots en mensen naast elkaar bestaan, zijn regels en technologische standaarden nodig. Dat begint bijvoorbeeld bij de landingsplatforms op of op gebouwen waar drones autonoom naartoe moeten vliegen. Maar ook bij laadstations waar de transportdrones zelfstandig hun batterijen kunnen opladen voor de volgende vlucht.
In de DroneHub zullen de drone-onderzoekers zorgen voor de ontwikkeling en vaststelling van technische richtlijnen voor dergelijke interfaces tussen gebouwen en vliegende robots. Ook willen ze er voor zorgen dat het naast elkaar bestaan van mens en machine geen toekomstmuziek blijft.
Foto: Empa