智能鸟揭开了鸟类飞行的奥秘

人类最古老的梦想之一就是像鸟一样飞翔——在所有维度的空气中自由飞行，从远处“鸟瞰”世界。同样令人着迷的是鸟类飞行本身。鸟类仅靠翅膀的肌肉力量就能提升并保持在空中，从而产生必要的推力来克服空气阻力，使身体处于运动状态——而不需要任何旋转的“部件”。大自然巧妙地实现了升力和推进力的功能融合。为了生存，鸟类完全自主地连续不断地测量、控制和调节它们在空中的运动。为了这个目的，它们使用它们的感觉器官。

鸟类的飞行长期笼罩在神秘之中。许多科学家在试图了解鸟类如何飞行的过程中失败了，这个秘密仍然没有得到解决。来自家族企业Festo的研究团队成功解开了鸟类飞行的奥秘。理解SmartBird的关键在于其独特的机芯，这一机芯将SmartBird与之前所有的机械扑翼结构区分开来，并允许超轻、强大的飞行模型自主起飞、飞行和降落。

SmartBird就像它的自然模型——鲱鱼鸥一样，在空中飞行、滑翔和航行，没有额外的驱动机制。它的翅膀不仅上下拍打，还会以特定的角度扭曲。这是由一个主动铰接扭转驱动单元实现的，它与复杂的控制系统相结合，使飞行操作具有前所未有的效率。因此，Festo第一次成功地从自然中获得了这种模式的节能技术适应。

在开发模型的过程中，工程师们能够利用他们丰富的经验和创新。在仿生学习项目AirRay和AirPenguin中获得的经验被纳入到SmartBird的创建中。建造一只仅靠拍打翅膀就能起飞、飞行和降落的人造鸟的魅力为开发团队提供了灵感:作为气动领域的全球参与者，Festo对气流的掌握是无与伦比的。在最新一代钢瓶和阀门的开发和生产中，目标是优化、高效地利用气流进行自动化技术。

SmartBird的一个不同寻常的特点是它的翅膀可以主动扭转，而且它不需要使用额外的升力设备。SmartBird项目的目标是实现一种整体结构，在资源和能源消耗方面是高效的，整体重量最小，同时在机翼上实现推进和升力的功能集成，在躯干和尾部区域实现飞行控制单元。进一步的要求是优秀的空气动力学，推进的高功率密度，以及飞行器的最大灵活性。结果是一个智能的生物机电整体系统。

在实践中，该系统首先以一种节能的方式运行:推力和升力，正如预期的那样，仅通过扇动机翼实现，功率要求仅为23瓦左右。“智能鸟”总重约450克，翼展2米。测量结果表明，机电效率系数约为45%，气动效率系数高达80%。因此，SmartBird是功能集成和资源高效的极端轻量化设计的一个很好的例子，并展示了气流现象的最佳使用。这将为未来几代气瓶和阀门的进一步优化提供重要的动力。

机载电子设备确保了精确的机翼控制。此外，扭转控制参数可以在飞行过程中实时调整和优化。机翼的拍打和扭转顺序被控制在几毫秒之内，并导致机翼周围的最佳气流。SmartBird飞行模型的外部没有旋转部件，因此不会造成伤害。它正在进一步追求一种已经在仿生搬运助手的开发中发挥重要作用的方法:人机交互。仿生处理助手和智能鸟的这一功能对人类操作人员都没有风险。因此，SmartBird加入了Festo面向未来的技术名单，这些技术有望得到实际应用。可能的用途范围从能源部门的冲程翼发电机到过程自动化的执行器。

——由Gust Gianos编辑控制工程，www.globalelove.com

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