Ett par ingenjörer vid École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) har designat, byggt och testat en hökinspirerad drönare med fjädrar som kan utföra bankmanövrar utan att använda vingarna.
I sin artikel som publicerats i tidskriften Science Robotics beskriver Hoang-Vu Phan och Dario Floreano de faktorer som ingick i byggandet av deras robotroptor och hur väl den presterade under tester i en vindtunnel.
Forskarnas arbete började när de fick veta att många typer av rovfåglar har visat sig kunna initiera bankning när de svävar utan att röra vingarna. Hela proceduren utförs genom manipulation av stjärten. Flygplan och drönare däremot utför bankningar genom att manipulera skevrodren på baksidan av vingarna.
Forskarna var fascinerade av skillnaden mellan hur människobyggda farkoster och rovfåglar utför bankningar och designade och byggde därför en mekanisk rovfågel med fjädrar som kan härma en hökfågels teknik.
För att bygga sin drönare vände sig forskarna till hökens anatomi. Med hjälp av lätta material skapade de rovfågelsliknande ben och leder för att göra vingarna och stjärten och formade dem på en lika lätt kropp och täckte dem sedan med skumfjädrar. Den enkla drönaren hölls i luften genom att en stång fästes i kroppen – den andra änden av stången hölls i en forskares hand. De kallade resultatet LisRaptor.
Kredit: Hoang-Vu Phan
Därefter studerade de video av hökar under flygning för att lära sig hur de manipulerar sina stjärtar för att inleda en bankmanöver och härmade vad de såg med sin mekaniska fågel. De placerade den sedan i en vindtunnel för testning.
Forskarnas artificiella hök kunde framgångsrikt göra en bankning i vindtunneln utan att använda vingarna. Istället krävdes bara en viss vridning av stjärten.
Kopplade rörelser i fågelvingarnas skelett runt armbågs- och handledsleder (C) inspirerar till utformningen av robotvingarnas skelett (D). Kredit: Hoang-Vu Phan
De fann att det fungerade på grund av svansens närhet till vingarna – en lätt vridning möjliggjorde asymmetriskt vindflöde över vingarna och svansen, vilket resulterade i asymmetrisk lyftning – vilket fick hela fågeln att luta åt ena sidan även om den pekade något uppåt, för att förhindra stallning.
Forskarparet föreslår att deras robot inte bara hjälper till att förklara vissa aspekter av rovfågelflygning utan kan vara användbar vid utformningen av nya typer av drönare som kan svänga smidigare.
För mer information: Hoang-Vu Phan et al, A twist of the tail in turning maneuvers of bird-inspired drones, Science Robotics (2024). DOI: 10.1126/scirobotics.ado3890
