Renesanční génius Leonardo da Vinci proslul mimo jiné tím, jak moc se ve svých vynálezech inspiroval přírodou. Nebyl v té době sám, inženýři a konstruktéři té doby na přírodu vždy nahlíželi jako velkou učitelku. Da Vinci ale bezesporu patřil mezi nejpečlivější pozorovatele přírody své doby. Například podrobně studoval ptáky, hmyz a létající ryby, aby lépe pochopil tajemství létání.
Okopíruj přírodu
Moderní konstruktéři se k přírodě obracejí i 500 let po Leonardově době. Poznatky od zvířat a hmyzu přenášejí na drony. Jejich přístup se označuje za „biomimetiku“ nebo také „biomimikry“. Znamená to, že zkoumáme zajímavá konstrukční řešení u živých organismů a zkoušíme je napodobit a využít k vývoji nových vynálezů. V tomto případě se zaměříme na drony.
Konzultace u netopýra
Klasické vrtulové drony, třeba kvadrokoptéry, mají jednu zásadní nevýhodu. Jejich let je energeticky velmi náročný a ve vzduchu proto vydrží maximálně pár desítek minut.
Vědci z Illinoiské univerzity se proto rozhodli poučit u jednoho z nejlepších letců v přírodě: netopýra. Ti totiž efektivitou svého letu vynikají dokonce i nad ptáky. Testy v aerodynamickém tunelu prokázaly, že za to mohou hlavně jejich křídla. Jsou velmi pružná, kloubnatá a dávají tak netopýrům více letových možností, než mají ptáci. Mají tak menší odpor vzduchu a lepší manévrovatelnost.
Batman? Ne, BatBot!
BatBot je umělá kopie netopýra, jehož hlavním autorem je letecký inženýr Soon-Jo Chung. Jeho robotický netopýr váží pouhých 93 gramů, asi jako kostka mýdla. Přitom jeho lehká křídla z ultratenké silikonové membrány jsou silná pouze 56 mikronů – asi jako lidský vlas. Ale navíc mají rozpětí 30 cm.
VIDEO Bio není mimo! Jak biometrické drony kopírují přírodu • Zdroj: ABM
BatBot umí měnit tvar křídel díky mnoha kloubům. Napodobuje tak let skutečných netopýrů. BatBot by díky tomu mohl být užitečný tam, kde by tradiční vrtulové drony mohly narazit do objektů nebo lidí a způsobit škody nebo zranění. Technickou hantýrkou to vlastně ani není dron, ale orniton.
To znamená, že létá napodobováním přírodních procesů – v tomto případě mávání křídel.
Umělá motýlo-vážka MetaFly
Bat Bot je spíše vědecký projekt než komerčně dostupný produkt. Běžný člověk nemá možnost si ho jen tak vyzkoušet. MetaFly ovšem ano. Jde o unikátního biomimetického tvora. Vzdáleně připomíná něco mezi vážkou a motýlem.
MetaFly váží pouhých 10 gramů, můžete s ním létat uvnitř i venku a umí dosáhnout rychlosti až 20 km/h. Ve vzduchu vydrží údajně až 8 minut, a když se ho naučíte dobře ovládat, uletíte s ním až 100 metrů.
Po pár týdnech tréninku už možná budete umět provádět i nejrůznější triky! Nemusíte se bát, že byste MetaFly zničili. Pružná křídla z uhlíkových vláken a nárazuvzdorná hlava odolají i menším nárazům. Celá ta biomimetická létavice vás vyjde na asi 2500 Kč.
Namma: Jako ryba ve vodě
Ze vzduchu se přesuneme pod hladinu. Simeon Pieterkosky se už přes třicet let zabývá robotikou a ekologickými technologiemi. Jednou se ho jeho malá dcera zeptala, proč své schopnosti nevyužije k tomu, aby zachránil moře? Simeon si řekl, že to není špatný nápad, a pustil se do práce.
Vyvinul Nammu, podvodního drona, který plave a chová se jako skutečná ryba. Má sloužit k tomu, aby bylo možné pod vodou sbírat data bez narušení přirozeného ekosystému. To znamená třeba tam, kde se přirozeně vyskytují velká hejna ryb, případně v umělých sádkách.
Chovatelé v akvakultuře díky tomu mohou sledovat hejna svých ryb a mapovat jejich aktuální stav a potřeby. Rybí dron má kamery a další senzory, které lze podle potřeby snadno měnit. Veškerá data se pak přenášejí do ovládacího softwaru, který data přehledně uspořádá a vizualizuje.
Sea Sentinel: Vlnění místo rotace
Dronů, které imitují život pod hladinou, najdeme celou řadu. Další vyvíjí naši sousedé v Polsku a testují ho v Baltském moři u svého severního pobřeží. Inženýři z firmy Noa Marine studovali fyzická řešení podmořských živočichů, kteří za sebou mají miliony let vývoje.
Většina dnešních podvodních dronů totiž k pohonu používá vrtule podobně jako drony létající. Trpí pak ale podobnými neduhy: Jsou málo energeticky efektivní, hlučné a nebezpečné svému okolí.
Dron jménem Sea Sentinel je jiný. Nemá vrtulový pohon, nýbrž „vlnový“. Dvě dlouhé podélné ploutve se vlní jako u některých ryb. Při délce 2,2 metru váží asi 350 kg, z toho 100 kg může být náklad. To je v porovnání s běžným způsobem poháněnými drony výrazně víc.
Dron je samostatný pracovník
Dron umí sám zaparkovat v dokovací stanici, kde se autonomně nabije, a pak může pokračovat v práci. Pod mořskou hladinou tak může strávit dlouhé dny nebo dokonce týdny. Kromě mnoha už zmíněných výhod je jeho provoz také výrazně levnější. Díky tomu může sloužit jak pro vědecká pozorování, třeba průzkum mořského dna nebo pozorování fauny a flóry.
Ale zvládne i kontrolu podmořských kabelů, ropovodů a podobně. Dokonce může na mořské dno dopravovat různé typy nákladu. Dokovací stanice je vybavena satelitním připojením, takže kdykoliv Sea Sentinel zadokuje, přenese veškerá data do centrály.
WaterStrider: Malý, ale výkonný
Vědci z Washingtonské univerzity se při hledání inspirace vydali do říše hmyzu. Vytvořili miniaturní dron jménem WaterStrider. Jde o mechanickou kopii vodní ploštice, konkrétně vodoměrky. Je to nejmenší, nejlehčí a nejrychlejší mikrorobot, který kdy byl vytvořen. Váží 55 miligramů a dokáže se pohybovat rychlostí 6 milimetrů za sekundu.
Mohl by se jednou uplatnit v oblastech, jako je umělé opylování, pátrání a záchrana, monitorování životního prostředí, mikrovýroba nebo roboticky asistovaná chirurgie. Klíčem k odvážné konstrukci jsou malé aktuátory, které umožňují pohyb. Vědci použili úplně novou výrobní techniku, takže aktuátor váží méně než miligram. Protože je vše tak lehké a malé, vyžaduje WaterStrider pro pohyb jen minimum energie.
Mávající křídla – budoucnost dronů?
Japonský nosorožík patří mezi největší hmyz na světě. Váží mezi 5 až 10 gramy a jeho křídla jsou silnější než u kteréhokoliv jiného hmyzu. Vědci z Jižní Koreje postavili svůj dron KUBeetle-S právě podle nosorožíka.
Unikátní křídla mohou mávat v úhlu až 180° a navíc díky své síle dokáží i měnit směr letu – dron tak nepotřebuje směrovku. Je poháněn dvěma 7,4V lithium-polymerovými bateriemi a váží pouhých 15,8 gramu! Díky tomu dokáže ve vzduchu zůstat až devět minut.
Co by řekl Da Vinci?
Leonardo da Vinci by možná stroji, které dnes vznikají, vůbec nebyl překvapen. Živočichové, od kterých si vědci nápady pro své drony vypůjčují, se totiž od jeho časů změnili jen pramálo. Prozatím zůstává většina těchto strojů jen vědeckými pokusy nebo inženýrskými prototypy, ale nebude dlouho trvat a stanou se stejně běžnou součástí našich životů, jako jsou dnes třeba kvadrokoptéry.
---
Robotické mikrovážky
Vážky jsou hbití a obratní letci – mimo jiné díky svým dvěma párům křídel. Dokážou tak provádět manévry, které jiní letci z říše hmyzu ani ptáků neumí. Spolupráce vědců z USA a Hongkongu zrodila první robotické vážky.
Jedna váží pouze 317 mg, tedy ani ne třetinu gramu! Svými čtyřmi křídly dokáže mávnout až 350krát za minutu. Tělo bez ocasu měří asi centimetr. Klíčové pro jejich konstrukci jsou opět aktuátory: miniaturní mechanická část, která je rozhýbe. Vývoj těchto malých pohyblivých komponent je pro dnešní vědce největší výzvou. Zároveň ale může přinést obrovský užitek při vývoji dalších miniaturních robotů.
