Wil je drones kleiner en kleiner maken, dan kun je maar beter zorgen voor een zo eenvoudig mogelijke aandrijving. Ingenieurs in Groot-Brittannië hebben hiervoor iets nieuws bedacht: een elektromechanische aandrijving.
 

Heel kleine drones, ter grootte van een insect, kunnen handig zijn op plekken waar grotere drones tekortschieten, zoals in fabrieken of ingestorte gebouwen. Ze passen in kleine ruimtes, vliegen veilig boven drukbevolkt gebied en zijn per stuk bovendien aanzienlijk goedkoper.

Veel bestaande microdrones (de onderzoekers spreken van ‘micro-air vehicles’, afgekort tot MAV’s) die van flapperende vleugeltjes gebruikmaken, hebben een overbrenging nodig, een transmissie. Dit maakt dergelijke microdrones zwaarder en zorgt voor energieverliezen.
 

Simpeler aandrijving

Tijd voor een simpeler manier van aandrijving van de vleugeltjes, dachten wetenschappers van de University of Bristol, in Engeland. Ze ontwierpen een methode waarbij elektrisch geladen plaatjes de vleugels op en neer laten bewegen. Details beschreven ze in een artikel dat deze week in het wetenschappelijke tijdschrift Science Robotics verscheen.

Deze figuur laat zien hoe dat werkt (klik op de figuur voor een vergroting). Het is een zijaanzicht van een rudimentaire vleugel:



Het centrale geleidende plaatje wordt later verbonden met een vleugel. Boven en onder bevinden zich twee eveneens elektrisch geleidende plaatjes, die verbonden zijn met een spanningsbron.

Wanneer die een positieve lading op het onderste plaatje zet (zie de figuur hierboven), buigt het ‘vleugelplaatje’ naar beneden. Wordt er juist een positieve spanning gezet op het bovenste plaatje dan buigt de vleugel naar boven.
 

Wisselstroom

Wissel deze twee toestanden af — de voedingsbron levert dan een wisselstroom — en de  de vleugel klappert op en neer. Het gele spul dat in de figuur te zien is, is trouwens een vloeibaar diëlektricum, een materiaal dat de werking van de elektrische aantrekking versterkt.
 


 


Vliegende microdrone met vleugels

De ingenieurs in Bristol hebben hun systeem Liquid-amplified Zipping Actuator (LAZA) gedoopt. Ze hebben de techniek niet alleen gedemonstreerd op een stilstaand ‘insect’, maar ook op een vliegende microdrone met grotere vleugels, zie de foto hierboven.

Die blijkt al met een snelheid van 0,71 meter per seconde te kunnen vliegen, 2,6 kilometer per uur. Dat klinkt niet als veel, maar per seconde legt deze microdrone achttien keer zijn eigen lichaamslengte af.
 

Geen grote slijtage

Wat verder bleek uit de experimenten, is dat het LAZA-systeem meer dan een miljoen keer op en neer kan bewegen zonder grote slijtage te ondervinden. Niet onbelangrijk als een toekomstige micro-drone grote afstanden moet kunnen afleggen.
 

Inspectie van windturbines

‘Met ons LAZA-systeem passen we elektrostatische krachten direct toe op de vleugel, in plaats van via een complex, inefficiënt transmissiesysteem’, zegt Tim Helps, ontwikkelaar van het systeem in het persbericht van zijn universiteit. ‘Dit leidt tot betere prestaties en een eenvoudiger ontwerp. Er zal een nieuwe klasse ontstaan van goedkope, lichtgewicht flapperende micro-drones voor toekomstige toepassingen, zoals autonome inspectie van offshore windturbines.’

Ook kan de nieuwe manier van aandrijving bijdragen aan autonome vliegende robots die zo klein zijn als insecten en nieuwe toepassingen mogelijk maken. Denk aan het vinden van mensen in ingestorte gebouwen of aan het bestuiven van planten.


 

Beeldmateriaal University of Bristol