생체 공학적으로 설계된 인공 큰박쥐(Bionic Flying Fox)

지능적인 기구학을 갖춘 초경량 비행 물체

비행의 꿈은 인류에게 친숙한 가장 오래된 꿈 중 하나이다. 이러한 측면에서 우리는 항상 동물의 세계를 매혹적으로 바라보았다- 모든 면이 어떻게 일어나는지 보여주는 세상이다. 생체학적 학습 네트워크(Bionic Learning Network) 또한, 항상 반복되는 주제이다. Festo는 대학, 학원, 개발회사와 함께 수년간 자연에서 기본적인 기술 원리가 나오는 연구 플랫폼을 개발해왔다. 인공 큰 박쥐(Bionic Flying Fox)의 개발자들은 이제 큰 박쥐의 특별한 특성을 자세히 살펴보고 기술적으로 초경량 비행 물체에 구현하였다. 날개 길이가 228cm고 몸길이는 87cm인 인공 큰 박쥐의 몸무게는 580g에 불과하다.

자연적 모델: 날개 없는 비행

큰 박쥐는 적극적으로 날 수 있는 유일한 포유동물인 표유강의 한 목(Chiroptera)에 속한다. 특별한 특징은 그들의 미세한 탄성 바람막이다. 막은 표피와 피부 발진으로 구성되어 있으며 확장된 금속 틀과 손가락뼈에서 발끝까지 뻗어 있다. 비행할 때, 동물들은 손가락으로 나는 막의 곡률을 조절하여 공기 중에서 공기 역학적으로 능숙하게 움직일 수 있다. 따라서 느린 비행 기동을 수행하더라도 최대 상승을 이룰 수 있다.

민첩한 운동학

큰 박쥐에 최대한 근접한 결과를 얻기 위해 인공 큰 박쥐의 날개 운동은 기본적인 것에서 보조적인 것으로 나뉘고 유연한 막을 가지고 있다. 생물학적 모델과 마찬가지로 모든 관절 지점은 한 면에 있는데 이것은 인공 큰 박쥐가 날개를 개별적으로 조절하고 접을 수 있다는 것을 의미한다. 인공 큰 박쥐는 지정된 공간에서 반자동으로 이동할 수 있도록 동작 추적 시스템과 통신한다. 설치 위치는 항상 기록된다. 이와 동시에 시스템은 비행경로를 계획하고 이를 위해 필요한 제어 명령을 제공한다. 사람이 인공 큰 박쥐의 출발과 착륙을 수행한다. 오토파일럿은 비행 중에 인계 받는다.

정확한 위치를 위한 이동 카메라 시스템

동작 추적 시스템의 중요한 부분은 2대의 적외선 카메라로, 이 카메라들은 팬 틸트 형태에 놓여있다. 이를 통해 지상에서 인공 큰 박쥐의 전체 비행을 추적할 수 있도록 회전하고 기울일 수 있다. 이 카메라는 다리와 날개 끝에 부착된 네 개의 활성 적외선을 통해 큰 박쥐를 감지한다.

이상적인 비행 거리의 기계 학습

카메라의 이미지는 중앙 마스터 컴퓨터로 보내진다. 데이터를 평가하고 항공 교통 관제사처럼 외부적으로 비행을 조정한다. 또한 사전 프로그래밍 된 경로가 컴퓨터에 저장되며 이 경로는 조작을 수행할 때 인공 큰 박쥐의 비행경로를 지정한다. 의도된 코스를 이상적으로 구현하는데 필요한 날개 움직임은 내장 전자 장치와 복잡한 동작 패턴을 이용하여 인공 큰 박쥐 자체에 의해 계산된다. 큰 박쥐는 이것에 필요한 제어 알고리즘을 마스터 컴퓨터에서 얻는데 거기서 그것들은 자동적으로 학습되고 지속적으로 향상된다. 따라서 인공 큰 박쥐는 비행 중에 동작을 최적화할 수 있으며 따라서 각 회로가 운행될 때 지정된 과정을 더 정확하게 따를 수 있다. 이점에서 조정기는 다리 움직임과 조정 가능한 날개 부분에 의해 제어된다. 이 탄성적인 날개 막은 손가락 끝에서부터 발끝까지 생체 공학 모델의 전체 뒷면에 걸쳐 뻗어져 있다. 그러면 날개 영역이 상대적으로 커지고 영역 부하가 낮아진다.

정교한 레버 메커니즘이 적용된 주행

예비 주행과 보조 주행은 어떤 상태에서도 활성화될 수 있어서 날개는 거의 흔들리지 않고 조화롭게 움직일 수 있다. 이러한 목적을 위해 1차 혹은 2차 측에 결합되고 이동의 중심이 죽는 것을 방지하는 강제 운동학으로 인해 후자를 따른다. 큰 박쥐 몸에 있는 9 그램의 가벼운 브러쉬리스 DC 모터 기어 비를 이용해 이러한 비행 역학을 움직인다. 날개의 접힘 메커니즘은 두개의 작은 선형 드라이브를 사용하여 개별적으로 무한 조정될 수 있다.

인공 큰 박쥐의 특별한 특징

인공 큰 박쥐는 박쥐 과의 질서를 형성하는 실제 박쥐와 밀접하게 연관 되어있다. 하지만 초음파로 안내되는 친척들과 달리 그들은 그들의 큰 눈으로 안내를 받는다. 동물들은 여우처럼 생긴 그들의 머리 모양 때문에 이름이 지어졌다. 또 다른 특징은 확장된 손바닥 모양의 뼈와 섬유 골격에서 발 관절까지 이어지는 신축성 있는 막이다. 수면 시간이나 휴식 시간 동안 동물들은 날개를 접고 뒤 발가락으로 거꾸로 매달려 있기 때문에 최적의 탈출 자세를 갖추고 있어 위험이 발생할 경우 신속하고 민첩하게 날아갈 수 있다.

Festo의 기술적 이점

또한 인공 큰 박쥐는 날개 길이가 크지만 좁은 곳을 비행할 수 있다. 이것은 특이한 운동학으로 가능하다. 가위의 원리와 같이 동작한다. 1차적인 것은 상승세 동안에 날개를 접고 강력한 하락세를 위해 다시 펴 나간다. 이러한 효과는 정교한 메커니즘에 의해 달성된다. 각도와 랙앤피니어 기어 유닛이 강제 운동학의 도움을 받아 날개의 움직임을 동기적으로 구현한다. 보드에 부착된 전자 장치에 있는 관성 센서를 사용하여 필요한 경우 날 때 이동식으로 모니터링하고 해당 제어 신호로 보정할 수 있다. 독창적인 운동학 외에도 이 인공 큰 박쥐의 민첩성은 가벼운 디자인과 독특한 재료의 사용 덕분이다. 그것의 몸은 발포 고무로 만들어져 있고 골격은 탄소 막대와 3D 프린팅 부품으로 이루어져 있다.

특별히 개발된 나는 막

이 모델의 비행 막은 두께가 얇고 초경량이며 튼튼하다. 그것은 두개의 밀폐된 필름과 약 45,000 개의 지점에서 부착된 탄성 직물로 구성되어 있다. 그것의 탄성 때문에 날개가 접혀 있을 때조차도 탄성을 유지할 수 있다. 이 직물의 벌집 구조는 날개 막의 작은 균열이 커지는 것을 막아준다. 이는 직물이 경미한 손상을 입어도 인공 큰 박쥐 가 계속 비행할 수 있음을 의미한다. 인공 큰 박쥐에 관한 한 생물학적 모델과 마찬가지로 초점은 가벼운 구조물에 있다. 공학 분야에서도 마찬가지이기 때문에 움직일 때 무게가 적을수록 에너지 소비량도 낮아진다. 또한 경량 설계를 통해 시공 프로세스의 리소스를 절약할 수 있다.

미래의 생산 자극

이 인공 큰 박쥐는 산업 자동차를 위한 중요한 발견들을 제공한다. 미래에는 중앙 통제 시스템의 정보가 하위 시스템과 구성 요소로 나뉠 것이다. 공작물 한 개만으로도 지능이 높아지고 어떤 제품을 만들어야 하는지 알 수 있다. 이에 따라 그들은 기계와 통신하고 어떻게 처리해야 하는지 알려 줄 수 있을 것이다.

분산된 지능과 기계

인공 큰 박쥐의 경우 학습, 지능 또한 분산된다: 마스터 시스템은 비행 경로와 제어 명령을 지정한다. 비행하는 동안 그것은 계산되고 의도된 과정을 실제 과정과 비교하고 기계 학습을 이용하여 효율성을 높임으로써 이를 조정한다. 따라서 처음에는 기본 지식을 제어 전자 장치에 프로그래밍하는 것만으로 충분하다. 인공 큰 박쥐는 계산을 통해 자신의 운동학 자체에 대한 이상적인 설정을 도출한다. 그것은 어떻게 그것이 최적의 방법으로 마스터 컴퓨터의 명령을 실행하기 위해 날개와 다리를 제어하면 좋을지 탐지한다.

생체 공학 학습 네트워크에서의 비행

인공 큰 박쥐는 이미 생체공학 학습 네트워크에서 등장한 일련의 비행 물체에 추가되었다. 우선 개발자들은 물속으로 잠수해 여러 생물학적 모델들을 연구했는데 이 모델들은 비록 날지는 못하지만 날개를 부딪치며 스스로 헤엄칠 수 있다. 이것의 가벼운 구조, 헬륨과 해변 드라이브에 의해 제공된 상승효과 덕분에, 2007년 공중 쥐가오리(Air Ray)는 진짜 쥐가오리가 물을 통과하는 것처럼 공기를 통해 움직인다. 2009년부터 항공기 조종사들은 단체로 비행할 수 있고 지정된 공간을 자율적으로 탐험할 수 있다. 이런 점에서 그들의 비행 동작은 그들의 타고난 역학 모델의 수영 기술에 매우 가깝다.

조류의 비행 암호 해독: 헬륨 없이 떠오르기

2011년부터 스마트버드(SmartBird)는 청어 갈매기에게서 영감을 받았다. 비록 최초의 생체 공학 비행 물체가 헬륨으로 채워져 있었지만 스마트버드는 추진력과 그것의 날개로 필요한 상승 효과를 동시에 제공할 수 있다. 이러한 기능적 통합으로 조류 비행은 기술적인 용어로 해독되었다.

잠자리와 나비처럼 날기

2013년에 Festo는 인공 옵터(Bionic Opter)의 형태로 잠자리의 매우 복잡한 비행 특성을 구현했다. 설치된 제어 전자 장치 덕분에 생물학적 모델처럼 초경량 비행 물체는 모든 방향으로 움직일 수 있고 공중에 떠 있고 큰 날개 짓 없이 활공할 수 있다. 동시에 인공 잠자리는 어떤 공간에서도 위치할 수 있다. 2015년부터 시작된 e-Motion 잠자리는 지능형 보드에 부착된 전자 제품을 통해 자연스러운 역학모델의 빠른 이동을 마스터할 수 있다. 따라서 현재의 인공 큰 박쥐 와 같은 인공 나비는 적외선 표시를 사용하고 외부 동작 추적 시스템에 의해 조정되는 방식으로 그룹이 이동한다. 인공 큰 박쥐와 함께 Festo는 기술적으로 표유강의 한 목의 독특한 운동학을 구현했고 그래서 생물학적 학습 네트워크의 틀 안에서 동물 세계의 마지막 비행 행동을 해독했다. 자료제공 : Festo