FESTO: BionicBee – ultraleichtes Flugobjekt mit präziser Steuerung

Mit etwa 34 Gramm, einer Länge von 220 Millimetern und einer Flügelspannweite von 240 Millimetern ist die BionicBee das bisher kleinste Flugobjekt des Bionic Learning Networks. Erstmals bedienten sich die Entwickler der Methodik des generativen Designs: Nach Eingabe weniger Parameter findet eine Software auf Basis definierter Gestaltungsprinzipien die optimale Struktur, um so wenig Material wie nötig bei möglichst stabiler Konstruktion aufzuwenden. Dieser konsequente Leichtbau ist elementar für eine gute Manövrierfähigkeit und Flugdauer.



Natürliche Flugmanöver mit vier Freiheitsgraden: Die künstliche Biene fliegt mit einer Schlagfrequenz von 15 bis 20 Hertz. Dabei schlagen die Flügel im 180-Grad-Winkel vor und zurück.

Autonomes Fliegen im Schwarm
Das autonome Verhalten des Bienenschwarms gelingt mithilfe eines Indoor-Lokalisierungssystems mit Ultra-Breitband-Technologie (UWB). Hierzu sind acht UWB-Anker auf zwei Ebenen im Raum installiert. Dadurch ist eine präzise Laufzeitmessung möglich und die Bienen können sich im Raum lokalisieren. Die UWB-Anker senden Signale an die einzelnen Bienen, die eigenständig die Abstände zu den jeweiligen Sendeelementen messen und anhand der Zeitstempel ihre eigene Position im Raum berechnen können.

Um im Schwarm zu fliegen, folgen die Bienen den von einem zentralen Rechner vorgegebenen Pfaden. Für den sicheren und kollisionsfreien Flug in enger Formation ist dabei eine hohe räumliche und zeitliche Genauigkeit notwendig. Bei der Bahnplanung muss auch die mögliche gegenseitige Interaktion durch Luftverwirbelungen („down-wash“) berücksichtigt werden.



Funktionsintegration auf kleinstem Bauraum: Im Bienenkörper befinden sich die kompakte Konstruktion für den Schlagflügelmechanismus, die Kommunikationstechnik sowie die Steuerungskomponenten für Flügelschlag und Adaption der Flügelgeometrie.

Da jede Biene in Handarbeit gebaut wird und schon kleinste Fertigungsunterschiede das Flugverhalten beeinflussen können, verfügen die Bienen darüber hinaus über eine automatische Kalibrierfunktion: Nach einem kurzen Testflug bestimmt jede Biene ihre individuell optimierten Reglerparameter. Die intelligente Algorithmik kann auf diesem Wege die Hardwareunterschiede zwischen den einzelnen Bienen herausrechnen und so lässt sich der gesamte Schwarm von außen steuern, als wären alle Bienen identisch.

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