Eindelijk, een drone die na een botsing door kan blijven vliegen

​Drones hebben zich de laatste jaren als een malle ontwikkeld; ze kunnen 160 kilometer per uur vliegen, onder water duiken en gezichten herkennen van 300 meter afstand, maar een kleine botsing met een boom overleven zonder al tollend ter aarde te storten, zat er tot nu toe niet in.

Dit is de uitdaging waar het door de Amerikaanse marine ondersteunde onderzoek zich op richt, een onderzoek dat woensdag in the journal of Bioinspiration and Biomimetics werd gepubliceerd. Ingenieurs van Stanford University putten inspiratie uit vleermuizen en vogels om een fladderende drone te maken die zich gemakkelijk door krappe ruimtes kan voortbewegen, en die zich kan herstellen van botsingen in de lucht, zonder dat er een ingreep van de bestuurder voor nodig is.

Beelden via Lentink Lab​

Als de vleugel in botsing komt met een obstakel dan reageert de fladderende drone door zijn vleugel als een origami in te vouwen en vervolgens soepeltjes weer uit te klappen.

"De drone kan zich met één vleugel-slag herstellen, wat uitzonderlijk snel is," zei David Lentink, een assistent-professor van de mechanische ingenieur bij Stanford, en coauteur van de studie. "Hij flappert zijn vleugels op 14 hertz, wat 14 keer per seconde betekent."

Het ontwerp van de vleugel zorgt er voor de hij op een natuurlijke manier kan buigen, zonder dat de operator hier iets voor hoeft te doen. De spanwijdte van de drone is zo'n 40 centimeter, hij is gemaakt van carbon, Mylar film en heeft 3D-geprinte gewrichten die het vouwmechanisme ondersteunen. De gewrichten kunnen veel kracht doorstaan zonder te breken. Amanda Stowers, een promotiestudent en de hoofdauteur van het paper, testte de vleugels uitvoerig en bewees daarmee het snelle herstellingsvermogen van de vleugels.

"Stowers ontdekte dat de vleugel zich automatisch herstelde, zelfs als er tegenaan werd geduwd of geslagen. Ik vroeg haar of ze zo hard mogelijk wilde slaan, en ze pakte er een stalen pijp bij," verteld Lentink me. "Ze sloeg zo hard als ze kon, wat te zien is in de video, en verbazingwekkend genoeg bleef de vleugel ongeschonden."

Het duo ontwikkelde een computermodel dat bewees dat de vleugel automatisch vouwt als er een obstakel op z'n pad komt. Daarnaast wezen verschillende simulaties er op dat de vleugel steeds opnieuw in staat waren om zich te herstellen.

De vleugels zijn nog niet getest voor daadwerkelijke vluchten, maar Lentink zei dat ze zich daar geen zorgen overmaakt, fladderende drones hebben zich namelijk eerder al als goede vliegers bewezen. Hij zei dat hun belangrijkste focus is om de ongelofelijke morfologie van vleermuizen en vogels te kunnen kopiëren, en in het bijzonder de vleugels van de vogel; uiteindelijk hopen ze de wendbaarheid van hun vleugels te kunnen evenaren.

"De heilige graal is om vleugels te ontwikkelen die van grootte en vorm kunnen veranderen," zei Lentink. "Stel je voor dat we hetzelfde kunnen als een valk die zijn vleugels aan zijn lichaam houdt om te duiken. Zelfs duiven kunnen hoge snelheden bereiken en indrukwekkende manoeuvres uitvoeren."

Stowers en Lentink zijn twee van de vele onderzoekers die geld ontvangen van het Office of Naval Research, om nieuwe drones voor de Amerikaanse marine te ontwikkelen. De flap-drone kan door zwaar beboste gebieden navigeren, maar er zijn meer voordelen: drones als deze gaan efficiënter met energie om, en zijn bijvoorbeeld veel beter bestand tegen zware windstormen.

Andere onderzoekers proberen het probleem op andere manieren te lijf te gaan; ze ontwikkelen bijvoorbeeld algoritmes die potentiële obstakels kunnen signaleren, en hier direct op reageren. Lentink denkt dat de toevoeging van een vogel-achtige vleugel de kers op de taart wordt voor de drone-industrie.

"Het is extreem moeilijk om fouten te voorkomen, zelfs als het algoritme perfect is," zei Lentink. "Het is nog beter als de drone een zware botsing kan overleven. Dit simplificeert alles, en we zijn verrast dat zo'n relatief simpele oplossing zoveel impact kan hebben."