同済大学が3Dプリントロボットトンボを開発

トンボは飛行性能が非常に優れており、上下に飛んだり、速く飛んだり、ゆっくり飛んだり、空中でホバリングしたり、ほとんどの鳥ではできない180度の急旋回もできるため、「飛行の王」として知られています。最近、同済大学の沈海軍教授の研究チームは、一般的なトンボの一種であるビウェイトンボを対象に、コンピューターモデリング、風洞実験、羽ばたき翼飛行機の製作など、一連のバイオニック研究作業を行った。今月初め、彼らは3Dプリント技術の助けを借りてバイオニックマイクロ電動遠隔操縦機「Dragonfly」の開発に成功し、予備的なテスト飛行を行った。

Antarctic Bearによると、この機械式トンボの設計と製造プロセスは次の通りです。まず、研究チームはトンボの体の構造を分析し、次にCADソフトウェアを使用して3Dデジタルモデリングを行い、最後に3Dプリンターで3Dソリッドモデルを印刷しました。

設計段階では、研究者らはトンボの体の特徴に基づいて、羽、羽脈、頭、足、胸、腰を簡略化した。彼らは羽ばたき翼を持つ飛行機の特徴を組み合わせ、トンボのような飛行機の翼、胴体、着陸装置、エンジンマウントなどの部品の対応するCADモデルを設計し、描きました。その中で、トンボの尾端は飛行機の方向舵に巧みに組み込まれました。 CADモデルをSTLファイル形式に変換し、トンボのような航空機の頭、翼、足、胴体など羽ばたく翼を持つ航空機の部品を3Dプリンターで一つずつ印刷します。

トンボ型羽ばたき飛行機の電源と電子機器の選択は非常に重要です。研究者らは過去の経験に基づき、動力源として直径7mmのブラシ付きモーターと対応する減速機を、エネルギー源として3.7ボルトのリチウム電池を慎重に選択し、送受信装置には赤外線双方向制御を選択しました。このうち、1 つのチャンネルはトンボの羽ばたきの周波数、つまり飛行高度と速度を制御し、もう 1 つのチャンネルはトンボの方向を制御します。トンボの舵にはコイル径4mmの自作マイクロ電磁サーボを使用しています。

上記の3Dプリントされた「トンボ」の部品、電源、電子機器を組み立て、「トンボ」の羽の静脈に0.1mmのポリエチレンプラスチックフィルムを敷くと、図2に示すように、遠隔操作可能な機械式「トンボ」が基本的に完成します。完成した機械「Dragonfly」は総重量15グラム、翼幅15センチ、体長16センチ。動力と遠隔操作により、トンボの一対の羽根が交互に羽ばたいて揚力と牽引力を生み出し、尾部の電磁舵を左右に自由に動かしてトンボの進路を制御できます。

動力システムが空力性能に合致していることを確認するために、動力システムを搭載した3Dプリント機「Dragonfly」は、同済大学マイクロ航空機研究所の風洞で風吹き実験を受けました。テスト結果によると、この動力システムは 10 グラム以上の揚力と牽引力を生成でき、「トンボ」飛行の動力要件を満たしています。ここで特筆すべきは、この実験に使用された風洞が非常に特別なものであるということです。これは 100 年以上前にライト兄弟が使用した風洞であり、つい最近、研究所によって 1:1 で復元されました。風洞のオリジナルの揚力/抗力機械バランスは、より正確な電子バランスに改造されました。

3D プリントマシン「Dragonfly」が風洞テストを受ける<br /> 数百万年にわたる自然界の進化の中で、適者生存を通じて、鳥、昆虫、トビウオなどの動物は優れた飛行技術を発達させてきました。それに比べて、人類の航空の歴史はわずか100年ほどなので、自由に空を飛ぶためには、人間は動物から学ぶことがまだたくさんある。現在、同済大学は3Dプリント技術を使用して、鳥のような羽ばたき翼の飛行機、バイオニックトビウオグライダー、ロボットトンボなどの開発に成功しています。 3D プリント技術の出現により、自然界における動物の飛行に関するさらなる謎が解明され、人類が動物の飛行を研究するための新たな手段が提供されるようになります。

さらに読む：「偽物だけど本物！」日本の愛好家が3Dプリントを使ってバイオニックな羽ばたき翼の飛行機を製作

ScienceNetのShen Haijun教授のブログから転載

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