Il gabbiano robot di Festo

Visto da lontano sembra un vero gabbiano. Il battito delle ali, il volo planato, i movimenti del corpo, il modo con cui spicca il volo: tutto fa pensare ad un vero gabbiano reale. In realtà è l’ultimo nato dello zoo Festo, la multinazionale della robotica tedesca che, tra le altre attività, da molti anni studia i movimenti degli animali e cerca di riprodurli con i suoi robot. Nel caso dello SmartBird, così è stato battezzato il gabbiano-robot, Festo sembra essere riuscita a decifrare il volo degli uccelli, uno dei più antichi sogni dell’umanità.
Ecco l’incredibile video dello SmartBird:

Già nel 1490, Leonardo da Vinci si cimentò nello studio di modelli volanti ispirandosi al volo degli uccelli e in epoca ancora più remota la leggenda ci ricorda i tentativi di Dedalo e Icaro di imitarne il volo. Nel 1889, Otto Lilienthal, un pioniere del volo, descriveva in un suo libro tutti i segreti del volo di un gabbiano. In tempi più recenti, progetti di ornitotteri sono stati sviluppati da numerosi gruppi di ricerca tra i quali quello del Dr. James DeLaurier dell’Università di Toronto. Nel 2006 questo gruppo è riuscito a fare decollare per la prima volta un velivolo ad ala battente con pilota a bordo. Nel 2010, Todd Reichert, della stessa Università, è riuscito nell’impresa di volare con il suo ornitottero Snowbird per 19,3 secondi, coprendo una distanza di 145,3 metri alla velocità di 25,6 km/h, utilizzando come mezzo di propulsione la sola forza dei muscoli delle sue gambe, per far battere le ali lunghe 32 metri.

Tutte questi studi hanno rappresentato la base da cui sono partiti i ricercatori della Festo che si sono anche avvalsi dei risultati di un programma di ricerca denominato Bionic Learning Network a cui collaborano alcuni fra i più importanti centri di ricerca, Università e società internazionali di R&D con lo scopo di sviluppare applicazioni tecnologiche e industriali mutuate e ispirate ai principi che caratterizzano e governano la natura. Nell’ambito di questa rete, Festo promuove progetti e prototipi sperimentali e tecnologici che vanno oltre la sua competenza chiave dell’automazione e della didattica e che, forse, potrebbero aprire nuovi interessanti campi applicativi in un futuro non molto lontano. Uno degli obiettivi principali della rete è rendere il movimento automatico ancora più efficiente e produttivo utilizzando la bionica ed in particolare:
– Trasferire la strategia di efficienza della natura alla tecnologia di automazione
– Identificare nuovi prodotti e idee di prodotto
– Testare nuove tecnologie e processi di produzione
– Sviluppare prodotti biomeccatronici e ad alta efficienza energetica

SmartBird è il più recente risultato di questo sforzo: un gabbiano-robot del peso di appena 450 grammi, con una apertura alare di quasi due metri e dotato di eccellenti qualità aerodinamiche in grado di imitare fedelmente il battito d’ali e tutti i movimenti caratteristici di un gabbiano: spiccare il volo, volare ed atterrare autonomamente. Ispirato al gabbiano reale, SmartBird deve la sua leggerezza alla fibra di carbonio con cui è costruito; ad assicurarne il movimento è una serie di ingranaggi che produce il battito delle ali e consente loro di assumere l’inclinazione necessaria in funzione delle varie condizioni di volo. Ad imprimere la direzione sono la coda e la testa mentre il complesso di movimenti è sincronizzato da due motori elettrici e da un insieme di cavi. L’elettronica di bordo utilizza un potente microcontrollore a 32 bit che calcola l’impostazione ottimale dei due servomotori, che regolano la torsione di ogni ala. Il battito e la torsione sono sincronizzati da tre sensori di Hall i cui dati vengono elaborati dal micro. In altre parole SmartBird non batte le ali come tanti modelli giocattolo in circolazione ma i suoi movimenti sono ricalcati su quelli dei veri gabbiani e questo ha consentito di raddoppiarne l’efficienza sul piano energetico e dell’aerodinamicità che presenta un valore di circa l’80 per cento, molto vicina a quella che si riscontra in natura.
Secondo Festo l’integrazione funzionale di azionamenti accoppiati ha portato all’azienda nuove idee e conoscenze (anche nell’ambito della fluidodinamica) che potranno essere sfruttate per la tecnologia degli azionamenti ibridi.

La forma e le dimensioni di SmartBird traggono origine dagli studi del fisiologo francese Etienne-Jules Marey (1830 – 1904), che analizzò a fondo il volo degli uccelli fatti volare in un percorso circolare. Per determinano l’efficienza elettromeccanica del robot, Festo ha sviluppato un apposito apparato che agisce come un freno dinamometrico: misure di volo circolare hanno dimostrato un fattore di efficienza aerodinamica molto alto, di circa l’ 80%.
Complessivamente per la propulsione ed il sollevamento (realizzati esclusivamente dal battito delle ali) l’assorbimento di potenza è di soli 23 watt.

Dati tecnici

Lunghezza modello: 1,07 m
Apertura alare: 2,00 m
Peso: 0,450 kg
Struttura: Fibra di carbonio con rivestimento in poliuretano espanso estruso
Batteria: accumulatore al litio polimero, 2 celle, 7,4 V, 450 mA
Servo: 2 unità digitali con 3,5 kg di forza per controllo delle sezioni di testa e di coda; 2 x unità digital per la torsione ali con una velocità di azionamento di 45° in 0,03 sec.
Motore: Compact 135, brushless
Potenza complessiva elettrica: 23 W
Controller: MCU LM3S811, 32-bit @ 50 MHz, 64 kByte Flash, 8 kbyte di RAM
Trasmissione radio: 868 MHz/2,4 GHz radio a due vie di trasmissione basata su protocollo ZigBee
Sensori: 3x TLE4906 sensori ad effetto Hall
Accelerometro: LIS302DLH
Gestione dell’alimentazione: 2x cellule LiPo con ACS715 per controllo di tensione e corrente
LED: 2810D TPIC
http://www.festo.com/