Festo的仿生技術(shù)將助力工業(yè)自動化控制的升級

（文章來源：費斯托）

在Festo，自然和技術(shù)是一個不可分割的整體。自20世紀90年代初以來，F(xiàn)esto在仿生學領(lǐng)域投入了大量精力，回顧Festo 25年的企業(yè)仿生學歷史，是一個研究自然的時代，一個豐富經(jīng)驗的時代，一個自動化領(lǐng)域技術(shù)飛速發(fā)展的時代。Festo 與多所著名高校、研究所和研發(fā)公司聯(lián)手，致力于將自然基本原理應(yīng)用到自動化技術(shù)領(lǐng)域。

仿生水母是一個高度集成的輕量化模型，由一個透明的半球、一個中央防水機身以及八條用于推進的觸手組成。仿生水母的透明半球內(nèi)安裝了環(huán)形控制板，集成了光電、壓力和無線電傳感器。通過處理器監(jiān)控推進方向。防水機身位于仿生水母的中心，里面安裝了中央電驅(qū)動單元、兩塊鋰電池和旋轉(zhuǎn)盤的伺服電機。電驅(qū)動單元可以驅(qū)動防水機身頂部和底部安裝的兩個傳動盤，并由傳動盤上的菱形關(guān)節(jié)帶動水母的八只觸手運動。

仿生水母有智能化的自適應(yīng)機構(gòu)，集成了通信和傳感器技術(shù)以及實時診斷功能，實現(xiàn)多個水母在有限空間內(nèi)的協(xié)調(diào)集體行為。每個水母自主確定推進系統(tǒng)方向的下一步取決于電池電量的狀態(tài)以及與其他水母的距離。通過一個應(yīng)用程序便可顯示并跟蹤每個水母的當前狀態(tài)，實現(xiàn)實時診斷。

自然界中沒有浪費，所有能量使用都最大化。智能飛鳥的外形和輕量化碳纖維結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化，是運動節(jié)能和節(jié)省材料使用的典范。僅通過怕打翅膀就能前進和爬升，功耗僅為25瓦。它是一種高性能、超輕型飛行模型，總重量約為450克，翼展2米。

鳥類飛行的奧秘在于鳥翼的主動扭轉(zhuǎn)。主動扭轉(zhuǎn)將空氣動力效率從 30％（被動扭轉(zhuǎn)）提高到了 80％。智能飛鳥與眾不同的特性就在于它的翅膀可主動扭轉(zhuǎn)，無需使用額外爬升裝置，僅憑撲翼便可進行自主起飛、飛行、滑翔和降落， 具有優(yōu)秀的空氣動力學性能和最大的飛行靈活性。

由于關(guān)節(jié)式主動扭轉(zhuǎn)驅(qū)動需要拍打動作和扭轉(zhuǎn)動作精確協(xié)調(diào)，因此受到不間斷全方位監(jiān)控。智能飛鳥的軀干中安裝了電池、馬達、傳動機構(gòu)、曲軸機構(gòu)以及控制和調(diào)節(jié)性電子元件。通過雙向無線電通信傳送（即 ZigBee 協(xié)議）電池電量、功耗和操作員的輸入數(shù)據(jù)等工作參數(shù)，以便監(jiān)控翅膀的位置和扭轉(zhuǎn)。在飛行過程中，不僅可以持續(xù)記錄智能飛鳥的翅膀位置和扭轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，還可以實時調(diào)整并優(yōu)化扭轉(zhuǎn)控制參數(shù)，從而確保飛行的穩(wěn)定性，保證飛行的安全。

抓取這項技能一直在仿生學習網(wǎng)絡(luò)中扮演著重要角色。大自然常常為工業(yè)應(yīng)用提供令人驚嘆的創(chuàng)意與全新的解決方案。在Festo跨學科研究網(wǎng)絡(luò)中已開發(fā)出多種仿生抓取應(yīng)用，其中兩項已經(jīng)進一步發(fā)展為批量產(chǎn)品。

自適應(yīng)抓手手指DHAS的設(shè)計基于魚尾鰭令人驚嘆的行為特性。如果按壓鰭片的側(cè)面，尾鰭會朝壓力點彎曲，而不是遠離壓力點。開發(fā)人員通過兩個利用中間橋板相互連接的柔性聚氨酯膠帶，在技術(shù)上實現(xiàn)了魚鰭效應(yīng)FinRay Effect?。無論是平行還是居中排列：抓手手指堅固且柔性，可在抓取時輕松適應(yīng)工件的外形，進行自動調(diào)節(jié)。這樣可以輕柔且牢固地抓住具有不規(guī)則表面的易損物體。DHAS已經(jīng)在食品工業(yè)中得到了應(yīng)用，如水果及蔬菜分類。

另一個自適應(yīng)抓手DHEF，它的工作原理和變色龍舌頭一樣。為了捕獲獵物，變色龍可以讓它的舌頭像橡皮筋一樣突然彈出。在它的舌頭觸到昆蟲之前，舌頭中央向后拉伸，而邊緣繼續(xù)向前移動。由此，變色龍的舌頭可匹配各個獵物的外形和大小，并且可以牢固包裹。DHEF抓手的重要組成部分是一個仿照變色龍的舌頭設(shè)計的、略微過壓填充的硅膠帽蓋，可根據(jù)物體外型靈活地進行翻轉(zhuǎn)，由此包裹并抓取物體。通過使用比例閥進行相應(yīng)控制，可實現(xiàn)對多個物體的抓取，例如盒子中的螺絲。

Festo于2006年建立了仿生學學習網(wǎng)絡(luò)，與知名大學、研究部門和小型創(chuàng)新公司合作。借助仿生學習網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)esto利用“仿生”方法解決自動化行業(yè)的問題。仿生學習網(wǎng)絡(luò)與Festo教學培訓部（Festo Didactic）的創(chuàng)新流程緊密相連，體現(xiàn)了我們對技術(shù)教育和培訓的承諾。

除了精彩的仿生表演和互動，作為工業(yè)自動化領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，F(xiàn)esto也將帶來最新的工業(yè)自動化應(yīng)用展示，包括氣動領(lǐng)域的革新產(chǎn)品，世界上首個由APP控制的閥，F(xiàn)esto數(shù)字控制終端VTEM；Festo能源效率解決方案；以及全新的數(shù)字化產(chǎn)品及行業(yè)解決方案。