Der Flug des Roboter-Vogels

Ornithopter (drohnenähnliche Fluggeräte mit Flügelschlag) sind schwer zu steuern, wenn sie auf einem vordefinierten Pfad bleiben sollen, da ihre Dynamik komplex und ihre Geschwindigkeit schwer kontrollierbar ist.


Um dieses Problem zu lösen, hat das Team von Franck Ruffier, Forschungsdirektor des CNRS am Institut für Bewegungswissenschaften - Etienne-Jules Marey (ISM - Aix-Marseille Universität/CNRS), zu dem Abdoullah Ndoye, Doktorand am Labor für Bild, Sprache, Signalverarbeitung und Automatisierung (GIPSA-lab - CNRS/Universität Grenoble Alpen), gehört, ein Vektorfeld eingesetzt, das systematisch den mechanischen Vogel auf den "rechten Weg" zurückführt.

Ihre Forschung, die während der Konferenz IEEE International Conference on Robotics and Automation (IEEE ICRA) veröffentlicht wurde, zeigt, dass die Fähigkeit des Roboters, genannt MetaFly, seine Flügel zu strecken und zu entspannen, ihm hilft, seinen Weg zu finden.

Fliegende Maschinen faszinieren viele Generationen, von den Skizzen von Leonardo da Vinci im 15. Jahrhundert bis zu den Modellflugzeugen von Alphonse Penaud, Erfinder und Theoretiker der Luftfahrt im 19. Jahrhundert. Heutzutage werden kleine Ornithopter auf den Markt gebracht, wie zum Beispiel der Vogel MetaFly, entwickelt von der Firma XTIM-BionicBird aus Marseille. Er wiegt nur 10 Gramm und ist mit zwei Aktoren ausgestattet: einem vorne, um die Flügelschlagfrequenz zwischen 10 und 20 Hz zu steuern und einem hinten, der die Richtungskontrolle ermöglicht.


Zur Steuerung streckt der Roboter einen Flügel und entspannt gleichzeitig den gegenüberliegenden Flügel und dreht sein Ruder in Richtung des entspannten Flügels. Diese Bewegungen lassen den "Vogel rollen": er schwenkt in eine Steilkurve. Der Roboter kann so seinen Kurs ändern und dem vorgegebenen Vektorfeld (Bild unten) folgen, um seinen Weg wiederzufinden.

In dieser Studie wird der Roboter durch ein Vektorfeld in der Kappe (der Richtung, in die er sich bewegt) gelenkt. Das erlaubt ihm, die gewünschten Routen mit hoher Genauigkeit zu verfolgen, selbst wenn die Startbedingungen nicht ideal sind, solange er seine Position und seine Neigung kennt. Die Forscher haben gezeigt, dass der geflügelte Roboter in der Lage ist, Kreise verschiedener Durchmesser zu fliegen, aber auch eine Acht-Form zu durchqueren.

Zurzeit nutzen die Forscher externe Kameras, um die Position und Neigung von Metafly zu messen. Sie arbeiten daran, eingebaute Sensoren für diese Messungen zu verwenden, was die Leistung des mechanischen Vogels verbessern und ihn autonomer machen wird.

Diese Studie eröffnet den Weg zu zahlreichen potenziellen Anwendungen, wie Umweltüberwachung, Such- und Rettungsmissionen oder die Erkundung schwer zugänglicher Gebiete.

Veröffentlichungen

Ndoye, A., de Jesus Castillo-Zamora, J., Laki, S. S., Miot, R., van Ruymbeke, E., & Ruffier, F. (2023).
Vektorfeldgestützte Trajektorienverfolgung eines 10-Gramm-Ornithopters.
2023 IEEE Int. Conf. Robot. Autom. (ICRA 2023), 29. Mai - 2. Juni, 2023, London, UK.
Experimentelle Daten für die vektorfeldgestützte Trajektorienverfolgung durch einen 10-Gramm-Flapping-Wing Micro Aerial Vehicle