バイオニック・ビー・ドローン自律型群れ技術の未来が飛翔する

フェスト｜ケーススタディ

軽量飛行のパイオニア

EOSのFDRテクノロジーと1zu1の生産ノウハウでフェストのBionicBeeが離陸する

フレーム重量を75％削減し、わずか3グラムに
20台の自律飛行に成功
迅速な設計の繰り返しと短いリードタイム
将来的により複雑な軽量設計への道を開いた

捜索や救助のような危険を伴う用途では、ドローンの性能が成否を分ける。複雑な環境を正確に航行できる軽量で自律的なシステムは、工学と材料科学の限界を押し広げ、高い需要がある。しかし、新たな連続飛行の可能性を追求する答えが、典型的なドローンではなかったとしたらどうだろう？

Bionic Bee（バイオニック・ビー）は、自然からインスピレーションを受け、フェストが設計し、最先端の積層造形（AM）によって実現した超小型航空機です。この注目すべきプロジェクトは、バイオミミクリーのショーケースというだけでなく、高度なデザインと3Dプリンティングがいかに軽量飛行に革命をもたらすかを実証しています。Festoはコンセプトを開発し、1zu1とEOSは野心的なアイデアを現実にするための専門知識と技術を提供しました。その結果、自律飛行の可能性を再定義する、超軽量で機敏なロボットミツバチの群れが誕生しました。

「FDR技術の活用は、BionicBeeにとって画期的なことでした。アディティブ・マニュファクチャリングを限界まで推し進めることで、安定性を損なうことなく、フレーム重量を12グラムからわずか3グラムに減らすことができました"

マティアス・マニュエル・スペックル｜フェスト社アディティブ・マニュファクチャリング・プロトタイピング部門責任者

課題

BionicBeeの製作はユニークな挑戦だった。翼を広げると240ミリ、重量はわずか34グラムで、超軽量構造と耐久性、機能性のバランスをとった構造を設計することが目標だった。ミツバチのボディにはブラシレスモーター、3つのサーボモーター、バッテリー、ギアボックス、そして正確な翼の動きを可能にするいくつかの回路基板を搭載する必要がありました。フェストの開発チームはフレームの構造を最適化するためにAMを採用したが、初期のプロトタイプはしばしば堅牢性や柔軟性の限界に直面した。従来の選択的レーザー焼結（SLS）システムでは、フレームが実際の条件下で機能するために必要な、微細で複雑な形状を作り出すことができませんでした。材料の挙動や製造上の不整合におけるわずかな違いも、飛行性能に影響を及ぼしかねなかった。さらに、スケジュールがタイトであったため、迅速かつ効率的に結果を出さなければならないというプレッシャーもありました。

ソリューション

Festoは製造の専門知識を求めて1zu1に依頼し、1zu1は必要な複雑で軽量なコンポーネントを提供するためにEOSFORMIGA P 110 FDRシステムを選択しました。フェストのバイオニックデザインアプローチとFORMIGA P 110 FDR高解像度機能を組み合わせることで、チームは最小限の質量と構造強度を効果的にバランスさせたフレームを開発しました。このセットアップにより、フェストは時間的な制約がある中でも、繊細な格子構造を素早く改良することができました。1zu1のSLS製造マネージャーPhilipp Schelling氏は、「BionicBeeは、飛行中に極めて微細な特徴と安定した部品性能を要求しました。標準的なSLSシステムの半分のサイズの超微細ビームを持つ唯一無二のCOレーザーを搭載したEOSの細部分解能（FDR）技術は、これらの要件を満たし、Festo社のビジョンを実現するのに理想的でした。"

より強靭で柔軟なポリマーであるPA 1101を使用することで、格子構造は軽量かつ耐久性があり、自律飛行の厳しい要求を満たすことができました。PA 1101の部品は高い耐衝撃性と破断歪みを示し、広い温度範囲で一定の機械的特性を維持します。この再生可能な資源をベースとした素材は、PA 12と比較して優れた性能を発揮し、破片が飛散することなく高い機械的負荷に耐えることができます。

フェスト社はさらにアルゴリズム主導のモデリングでフレームを最適化し、不要な材料を取り除くことで75%の劇的な軽量化を達成しました。チームはまた、短時間のテスト飛行後に各BionicBeeのコントローラ・パラメータを調整する自動キャリブレーション機能を実装し、材料の挙動に残るばらつきを緩和しました。「私たちはBionicBeeを、FDRができることを紹介するのに最適な挑戦だと考えました。このプロジェクトは、FORMIGA P 110 FDR システムによって実現される精密な超薄型構造が、たとえ大きな部品サイズであっても、いかに軽量設計に革命をもたらすかを浮き彫りにしています。

緊密なコラボレーションとアジャイルな生産プロセスにより、1zu1はタイトなスケジュールでプロトタイプとコンポーネントを納品しました。この協力的なアプローチにより、Festo社はBionicBeeのフレームをリアルタイムで組み立て、テストすることができました。

FORMIGA P 110 FDR

PA 1101

結果

フェスト、1zu1、EOSのパートナーシップは、自律飛行体の設計、製造、運用に新たな地平を切り開きました。最適化された格子構造により、フレームの重量が軽減され、飛行時間の延長と操縦性の向上に大きく貢献しました。「AMの限界に挑戦することで、安定性を損なうことなく、フレーム重量を12グラムからわずか3グラムに減らすことができました。BionicBeeの飛行能力は、20台のユニットを同期させた群れによって実証され、高度な定位、通信、制御システムが強調されました。一方、AMは迅速なプロトタイピングとオンデマンド生産を可能にすることでイノベーション・サイクルを加速し、開発期間を大幅に短縮した。この成功したコラボレーションは、機能設計と高解像度AMが前例のないレベルの効率と性能を達成する上で与える影響を強調し、将来の軽量化努力の青写真となった。

ライト＆アジル

BionicBeeはFesto Bionic Learning Networkの最小の飛行物体である。重さ約34グラム、長さ22センチ、翼幅24センチ。

「BionicBeeは、FDRの可能性を示すのに最適な挑戦でした。このプロジェクトは、FORMIGA P 110 FDR システムによって実現される精密な超薄型構造が、たとえ大きな部品サイズであっても、いかに軽量設計に革命をもたらすかを浮き彫りにしています"

フィリップ・シェリング｜1zu1のSLS製造マネージャー