Deze nieuwe drone beweegt als een vliegende eekhoorn

Vliegende eekhoorns zijn zwevende zoogdieren die ’s nachts geruisloos door dichte bossen zweven en daarbij uitzonderlijk wendbare luchtmanoeuvres uitvoeren. Dat kunnen ze omdat ze tijdens hun vlucht de vorm van hun hele lichaam kunnen veranderen: ze strekken hun ledematen, vervormen hun vlieghuid, buigen hun ruggengraat en gebruiken actief hun staart om de luchtstroming te beïnvloeden.

Tot nu toe hadden onderzoekers voor het ontwerpen van bio-geïnspireerde drones hun inspiratie grotendeels gehaald bij vogels die tijdens hun vlucht vooral hun vleugels bewegen. Daardoor hadden ze vluchtmechanismen ontwikkeld zoals vleugels klappende of geometrisch aanpasbare vleugels of structuren geïnspireerd op veren.

Maar Salua Hamaza, universitair hoofddocent Aerial Physical Interaction and Embodied Intelligence aan de TU Delft, gooide het over een andere boeg. Ze besloot zwevende zoogdieren zoals vliegende eekhoorns en koeskoezen te onderzoeken die hun volledige lichaam als één geïntegreerd aerodynamisch systeem gebruiken.

Om na te gaan welke rol de gecoördineerde vervorming van hun hele lichaam speelt voor hun aerodynamica, ontwikkelde ze samen met haar team de SquirrelDrone. Deze nieuwe vliegende robot heeft een volledig vervormbaar vliegend lichaam doordat er in het ontwerp  drie belangrijke biologische mechanismen van zweefzoogdieren worden nagebootst: naast de gecoördineerde bewegingen van de voor- en achterpoten om de aerodynamische vorm tijdens de vlucht aan te passen, kan deze drone zijn ruggengraat en staart vervormen om de stand en oriëntatie van de vleugelstructuur voortdurend te veranderen. Bovendien heeft de drone een zachte, passieve membraanstructuur die lijkt op de vlieghuid van een vliegende eekhoorn, die onder invloed van de luchtstroming vervormt en op die manier extra lift en luchtweerstand kan genereren.

Om hun biologische concept om te zetten in een werkend robotsysteem en het systeem te evalueren, ontwikkelde het onderzoeksteam vier verschillende prototypes waarmee ze uitgebreide windtunnelexperimenten en binnen- en buitenvluchten uitvoerden.

Uit de resultaten daarvan bleek dat de vervorming van het volledige lichaam drie belangrijke vliegeigenschappen aanzienlijk verbetert en dat de verschillende lichaamsbewegingen daarbij op verschillende manieren bijdragen aan de aerodynamische prestaties van de drone. Het toestel is wendbaarder en maakt snelle rotaties en een heroriëntatie tijdens de vlucht mogelijk. Het is ook manoeuvreerbaarder doordat gecoördineerde veranderingen van de vorm van het lichaam scherpere bochten en steilere klimmanoeuvres mogelijk maken. En de vervorming van het membraan, de staart en het lichaam vergroot ook nog eens de stabiliteit van de drone, terwijl gecoördineerde bewegingen van de ledematen ook zijn rolstabiliteit verbeteren.

Volgens de onderzoekers kunnen deze resultaten leiden tot een nieuwe generatie vervormbare luchtvaartuigen die moeiteloos kunnen schakelen tussen stabiel zweven en zeer wendbaar manoeuvreren in complexe omgevingen.