Drones abeja biónicos: El futuro de la tecnología de enjambre autónomo alza el vuelo
Festo | Estudio de caso
Vuelo ligero pionero
- Peso del bastidor reducido en un 75% a sólo 3 gramos
- Éxito del vuelo autónomo de un enjambre con 20 unidades
- Rápidas iteraciones de diseño y cortos plazos de entrega
- Ha allanado el camino para diseños ligeros más complejos en el futuro.
En aplicaciones de alto riesgo, como las de búsqueda y rescate, el rendimiento de los drones puede marcar la diferencia entre el éxito y el fracaso. Los sistemas ligeros y autónomos capaces de navegar por entornos complejos con precisión son muy demandados y están ampliando los límites de la ingeniería y la ciencia de los materiales. Pero, ¿y si la respuesta a la búsqueda de nuevas posibilidades en serie no fuera un dron al uso?
Bionic Bee es una microaeronave inspirada en la naturaleza, diseñada por Festo y fabricada con tecnología punta de fabricación aditivaFA. Este extraordinario proyecto no es sólo un ejemplo de biomimetismo, sino una demostración de cómo el diseño avanzado y la impresión 3D revolucionan el vuelo ligero. Festo desarrolló el concepto, mientras que 1zu1 y EOS aportaron la experiencia y la tecnología necesarias para hacer realidad una idea ambiciosa. El resultado: un enjambre ultraligero y ágil de abejas robóticas que redefinen las posibilidades del vuelo autónomo.
"La tecnología FDR ha cambiado las reglas del juego de BionicBee. Llevando la fabricación aditiva al límite, hemos podido reducir el peso del armazón de 12 gramos a solo 3 gramos, sin comprometer la estabilidad."
Mattias-Manuel Speckle | Director de Fabricación Aditiva de Prototipos en Festo
Desafío
Crear la BionicBee planteaba un reto único. Con una envergadura de 240 milímetros y un peso de sólo 34 gramos, el objetivo era diseñar una estructura que equilibrara la construcción ultraligera con la durabilidad y la funcionalidad. El cuerpo de la abeja debía alojar un motor sin escobillas, tres servomotores, una batería, una caja de engranajes y varias placas de circuitos para permitir el movimiento preciso de las alas. El equipo de desarrollo de Festo recurrió FA para optimizar la estructura del armazón, pero los primeros prototipos se enfrentaban a menudo a limitaciones en cuanto a robustez o flexibilidad. Los sistemas convencionales de sinterizado selectivo por láser (SLS) no podían producir las geometrías finas e intrincadas necesarias para que el bastidor funcionara en condiciones reales. Incluso las diferencias más pequeñas en el comportamiento de los materiales o las incoherencias de fabricación podrían haber afectado al rendimiento del vuelo. Además, los ajustados plazos añadían más presión para obtener resultados de forma rápida y eficaz.
Solución
Festo recurrió a 1zu1 en busca de experiencia en producción, y 1zu1 seleccionó el sistema EOS FORMIGA P 110 FDR FDR para suministrar los intrincados y ligeros componentes necesarios. Combinando el enfoque de diseño biónico de Festo con las capacidades de alta resolución del FORMIGA P 110 FDRDR, el equipo desarrolló un bastidor que equilibra eficazmente la masa mínima y la resistencia estructural. Esta configuración también permitió a Festo iterar rápidamente y perfeccionar la delicada estructura reticular de la abeja, incluso con limitaciones de tiempo. Como explica Philipp Schelling, director de producción de SLS en 1zu1: "La BionicBee exigía características extremadamente finas y un rendimiento constante de la pieza en vuelo. La tecnología fine detail resolution (FDR) de EOS con el láser de CO único en su clase, que tiene un haz ultrafino de la mitad de tamaño que los sistemas SLS estándar, era ideal para cumplir esos requisitos y hacer realidad la visión de Festo."
El uso de PA 1101 -un polímero más resistente y flexible- garantizó que la estructura de celosía fuera ligera y duradera a la vez, cumpliendo las rigurosas exigencias del vuelo autónomo. Las piezas de PA 1101 presentan una elevada resistencia al impacto y tensión a la rotura, manteniendo constantes sus propiedades mecánicas en un amplio rango de temperaturas. Este material basado en recursos renovables ofrece un rendimiento superior al PA 12, incluida la capacidad de soportar las cargas mecánicas más elevadas sin astillarse.
Festo optimizó aún más el armazón con un modelado basado en algoritmos, eliminando el material innecesario para lograr una drástica reducción de peso del 75 %. El equipo también implementó una función de calibración automática que ajusta los parámetros del controlador de cada BionicBee tras un breve vuelo de prueba, mitigando cualquier variación restante en el comportamiento del material. "Vimos el BionicBee como el reto perfecto para demostrar lo que puede hacer la FDR. Este proyecto pone de relieve cómo las estructuras precisas y ultrafinas que permite el sistema FORMIGA P 110 FDR pueden revolucionar el diseño ligero, incluso en piezas de gran tamaño", afirma Philipp Schelling, director de producción de SLS en 1zu1.
Gracias a una estrecha colaboración y a un ágil proceso de producción, 1zu1 entregó prototipos y componentes en un plazo muy ajustado. Este enfoque de colaboración permitió a Festo ensamblar y probar la estructura del BionicBee en tiempo real.
Resultados
La colaboración entre Festo, 1zu1 y EOS ha abierto nuevos caminos en el diseño, la fabricación y el funcionamiento de objetos voladores autónomos. La estructura de celosía optimizada redujo el peso del armazón, un factor clave para prolongar la duración del vuelo y mejorar la maniobrabilidad. "Llevando FA al límite, conseguimos reducir el peso del armazón de 12 gramos a sólo 3 gramos, sin comprometer la estabilidad", afirma Mattias-Manuel Speckle, responsable de fabricación aditiva de prototipos de Festo. Las capacidades de vuelo de BionicBee se demostraron mediante un enjambre sincronizado de 20 unidades, destacando los avanzados sistemas de localización, comunicación y control. Mientras tanto, FA aceleró los ciclos de innovación al permitir la creación rápida de prototipos y la producción bajo demanda, acortando significativamente los plazos de desarrollo. Esta fructífera colaboración se ha convertido en un modelo para futuros proyectos ligeros, subrayando el impacto del diseño funcional y FA de alta resolución en la consecución de niveles de eficiencia y rendimiento sin precedentes.
Luz y Ágil
El BionicBee es el objeto volador más pequeño de la Red de Aprendizaje Biónico de Festo. Pesa unos 34 gramos, mide 22 centímetros de largo y tiene una envergadura de 24 centímetros.
"Vimos el BionicBee como el reto perfecto para demostrar lo que el FDR puede hacer. Este proyecto pone de relieve cómo las estructuras precisas y ultrafinas que permite el sistema FORMIGA P 110 FDR pueden revolucionar el diseño ligero, incluso en piezas de gran tamaño."
Philipp Schelling | Director de Producción SLS en 1zu1
Natural y autónomo
Con el BionicBee, el equipo de Festo ha desarrollado un objeto volador que puede volar en grandes cantidades y de forma completamente autónoma en un enjambre.
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