Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Bionika a supravodivost v roce 2018
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Bionika a supravodivost v roce 2018

Mezi nejatraktivnější exponáty společnosti Festo na hannoverském veletrhu patří bionické konstrukce, které hledají vzor v přírodě, a ačkoliv často na první pohled vypadají jako samoúčelné hračky, přispívají k hledání nových možností v oblasti konstrukce manipulační a automatizační techniky, včetně jejího řízení.

Neméně atraktivní bývají exponáty využívající technologie supravodičů, jejichž potenciál spočívá v otevření nových aplikačních oblastí a výrazných úsporách energie. Zveme vás proto na malou prohlídku nejzajímavějších exponátů z těchto dvou oblastí.

Kutálející se pavouk

V roce 2008 objevil profesor bioniky na TU v Berlíně, Ingo Rechenberg, na Sahaře zvláštní druh pavouka (Cebrennus rechenbergi), který se dokázal pohybovat dvěma různými způsoby – jednak lézt jako normální pavouci, jednak skočit vpřed jakýmsi kotoulem a pak se kutálet vpřed. Tímto způsobem dokázal vyvinout dvojnásobnou rychlost oproti normální chůzi. To profesora zaujalo a pokusil se převést tento druh pohybu do podoby technologické aplikace. Se svým týmem pak sestrojil několik prototypů nazvaných BionicWheelBot. Nyní dále vyvíjí kinematický a řídicí koncept tohoto pavouka společně s Festem v rámci programu Bionic Learning Network. Díky integrovanému senzoru robotický pavouk při kutálení ví, v jaké pozici se právě nachází a kdy se má znovu odrazit. Délka pavouka je (podle poloh nohou) až 570 mm, šířka max. 796 mm a výška max. 238 mm, průměr při kutálení je 267 mm. BionicWheelBot je dálkově ovládán prostřednictvím tabletu.


Bionický pavouk BionicWheelBot, který umí chodit nebo se kutálet.

Létající kaloň

Kaloni jsou skupinou savců příbuzných netopýrům. Tělo kaloňů je podobné tělu netopýrů, ale jejich hlava se nápadně podobá hlavě liščí. Přes své velké rozměry jsou kaloni velmi lehcí a ani ti největší nedosahují hmotnosti dvou kilogramů. Tolik k popisu přírodního vzoru, který inspiroval konstrukci létacího stroje BionicFlyingFox (bionický kaloň) v programu Bionic Learning Network. Bionický kaloň je ještě lehčí – váží 580 g při rozpětí křídel 228 cm, jejichž karbonová konstrukce je pokryta lehkou, ale pevnou elastickou membránou, prodlouženou až k nohám. Let je řízen jako poloautonomní v definovaném prostoru, aktuální poloha je určována trackováním prostřednictvím dvou infračervených kamer. K optimalizaci dráhy letu je využíváno strojové učení. Bionický kaloň obdrží z master počítače řídicí algoritmus, který průběžně zlepšuje, a dráha se tak stále zpřesňuje. Start a přistání jsou řízeny ručně.


Kaloň BionicFlyingFox se chystá na svůj let.

Bionické stavebnice

Bionické „hračky“ už nejsou dostupné jen úzkému kruhu vyvolených. Festo v letošním roce v rámci konceptu Bionics4Education představilo stavebnice bionických mechanismů, které jsou primárně určeny pro studenty všeobecně vzdělávacích škol ve věku od 14 do 18 let. Tento vzdělávací koncept byl vyvinut interdisciplinárním týmem inženýrů, designérů, počítačových odborníků a biologů z Bionic Learning Network společně s experty z Festo Didactic, které je dodavatelem v oblasti vzdělávání. Cílem uvedeného konceptu je vzbudit mezi mládeží zájem o techniku a přírodní vědy. V současnosti jsou dostupné tři stavebnice: bionický sloní chobot s adaptivním chapadlem s efektem rybích ploutví (tzv. Fin Ray Effect), bionická ryba a bionická chameleoní chapadla. Každá souprava je vybavena malými servomotory, elektronikou, plastovými díly a materiály, které mohou studenti různě kombinovat, vytvářet z nich vlastní bionické roboty inspirované přírodou a následně je ovládat prostřednictvím PC nebo smartphonu.


Bionická ryba ze stavebnice Festo-Didactic

Bionický spolupracující robot

Digitalizace pneumatiky ve spojení s bionickou konstrukcí přináší nové možnosti i v oblasti robotiky. Důkazem je BionicCobot, první lehký pneumatický robot vyvinutý společností Festo, který je výsledkem aktuálního výzkumu oddělení Bionic Learning Network. Robot má nejen podobu lidské paže, ale i její kinematiku. Konstrukce zahrnuje rameno, horní paži, loket, loketní a vřetenní kost, zápěstí a chápavou ruku. K ovládání pohybů využívá Festo Motion Terminal, jenž v sobě kombinuje velmi přesnou mechaniku s komplexní řídicí a měřicí technologií. Prostřednictvím řídicí aplikace a piezoventilů je přesně řízen průtok i tlak dokonce v několika kanálech najednou, což umožňuje jak výkonné a rychlé, tak měkké i citlivé pohyby. Jelikož stlačeným vzduchem přivedeným do pohonu lze přesně nastavit rychlost, sílu a tuhost, může robot bezprostředně a přitom bezpečně spolupracovat s lidmi. V případě kolize systém povolí a nepředstavuje tak pro člověka žádné riziko.

Programování je intuitivní prostřednictvím tabletu s grafickým zobrazením a spočívá v přesunu symbolů na časovou lištu. Operační systém ROS (Robot Operating System) pak ze zadání vypočítá potřebnou dráhu kinematiky a předá Motion Terminalu výsledné požadavky na polohu pohonů.


Pneumatický kolaborativní robot BionicCobot

 

První supravodivý elektromotor

Festo v Hannoveru představilo také SupraMotor, což je elektromotor využívající supravodiče ve vinutí statoru. Motor je velmi kompaktní, dlouhý přibližně metr a v průměru dosahuje 23 cm. Disponuje vysokým krouticím momentem – díky bezeztrátovému přenosu elektrické energie v podchlazeném supravodiči může motor využívat velmi vysoké proudy, což umožňuje vytvoření silného magnetického pole. SupraMotor se vyznačuje vysokou přetížitelností a hodí se pro aplikace v nepřetržitém provozu. Jelikož supravodivé vinutí přenáší elektrický proud bez odporu, je riziko přehřátí prakticky nulové. Motor pracuje zvláště efektivně v malých otáčkách s velmi vysokými krouticími momenty – ani při značném zatížení motor nespotřebovává žádnou energii, dokonce ani při maximálním momentu. Celková spotřeba energie je velmi nízká. I když výkon motoru se pohybuje v desítkách kilowattů, potřebuje pouze energii pro chlazení v řádu stovek wattů.


SupraMotor – elektromotor s vinutím ze supravodičů

 

Supravodivé váhy

Supravodivosti je také možné s výhodou využít pro manipulaci v hermeticky uzavřeném prostoru, například pokud je potřeba vyloučit riziko kontaminace zpracovávané suroviny. Takové aplikace jsou velmi atraktivní zejména pro farmaceutický a medicínský průmysl nebo pro výrobu elektroniky. V minulosti Festo v Hannoveru vystavovalo několik aplikací z této oblasti. Letošní novinkou bylo představení SupraSensoru pro bezkontaktní měření a vážení, které může být využito například v laboratořích při biologických nebo chemických analýzách ve sterilním prostředí. Tento koncept umožňuje měření různých fyzikálních veličin jako hmotnosti, hustoty, viskozity nebo teploty. SupraSensor pracuje na principu nadnášení, kdy se zjišťuje vztlak tělesa s magnetem. Velikost tohoto vztlaku závisí na hustotě měřeného tělesa a je bezkontaktně indikována váhami prostřednictvím bezkontaktního spojení se supravodičem (jedná se o analogii s tělesem ponořeným do kapaliny, které je nadnášeno silou závisející na hustotě kapaliny i tělesa). 


Bezkontaktní supravodivé váhy


Pavel Marek, Hannover

pavel.marek@mmspektrum.com

www.festo.com/bionics


www.festo.com/supra

www.bionics4education.com

www.festo-didactic.com

 

Další články

Inovace
Zajímavosti ve vědě a technice
Novinky z veletrhů a výstav
Elektrotechnika a regulace

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: