10/05/2023
Door Ad Spijkers
De vleugelvorm van een nieuwe drone kan zich in real-time aanpassen aan de windomstandigheden en de vliegpositie.
De nieuwe drone is ontwikkeld door Elythor in Lausanne, een spin-off van de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. Door het aanpassingsvermogen wordt het energieverbruik van de drone verminderd. Bovendien kan de positie van de vleugels veranderen, waardoor de drone verticaal of horizontaal kan vliegen. Deze kenmerken maken het een goede kandidaat voor inspectiedoeleinden.
Vliegen
Al eeuwenlang is de mens gefascineerd door het gemak waarmee vogels door de lucht glijden. Hun instinctieve vermogen om wind in hun voordeel te gebruiken, inspireerde de nieuwe inspectiedrone, Morpho. De deels gevleugelde drone, deels quadcopter, is een hybride onbemand luchtvaartuig (UAV) dat van vorm kan veranderen, afhankelijk van de uit te voeren taak.
De adaptieve vleugels verlengen de vliegtijd van de drone en zorgen voor meer manoeuvreerbaarheid. In combinatie met ingebouwde sensoren en camera's laten deze eigenschappen hem net zo goed vliegen in gesloten ruimtes als in de open lucht. Dit maakt de drone geschikt voor het inspecteren van energiecentrales en andere infrastructuur zoals hoogspanningslijnen, windturbines, gaspijpleidingen en offshore olieplatforms .
Kosten verlagen
Met vier poten heeft Morpho een gestroomlijnde vorm die lijkt op een kleine raket. Maar dat verandert zodra de rotoren beginnen te zoemen. Doordat de drone verticaal kan opstijgen, kan hij worden ingezet in kleine ruimtes, tot op enkele centimeters van een apparaat vliegen en apparatuur inspecteren zonder er tegenaan te stoten. Zodra de inspectie is voltooid, kan Morpho zijn motoren verschuiven en in een horizontale, meer aerodynamische positie draaien en snel naar de volgende inspectielocatie vliegen.
Als de drone onderweg sterke of snel veranderende winden tegenkomt, zal hij zijn vleugels naar behoefte uitzetten of samentrekken om zijn baan te behouden. Hij kan ook glijden onder de juiste windomstandigheden. Dat scheelt allemaal tijd bij inspecties, maar zorgt er ook voor dat de drone langer kan vliegen. De ontwikkelaars (foto) hebben berekend dat het gebruik van Morpho de tijd en kosten van een drone-inspectie met gemiddeld 35% kan verminderen. Zodra de drone de volgende inspectieplaats bereikt, kan hij zijn vleugels opvouwen en terugkeren naar een verticale positie om recht naar de apparatuur te vliegen.
Stabiliteit
Gevleugelde drones hebben langere vliegtijden, terwijl quadcopters beter manoeuvreerbaar zijn. Elythor heeft de twee gecombineerd en een adaptief vleugelsysteem toegevoegd dat de energiebehoefte van de drone nog verder vermindert.
Het vleugelbesturingssysteem van Morpho is het resultaat van jarenlang onderzoek bij EPFL. Het systeem bevat sensoren gekoppeld aan een softwareprogramma voor het bewaken van windrichting en -snelheid. De controller selecteert of de vleugels op hun plaats worden gehouden of dat ze vrij met de wind mee kunnen bewegen. Dit gebeurt op basis van het traject en de effectieve snelheid van de drone, samen met eventuele veranderingen in de windrichting. Het oppervlak van de vleugels kan symmetrisch of asymmetrisch worden aangepast, afhankelijk van de windrichting.
Software
De algoritmen die het besturingssysteem aandrijven, proberen niet alleen de wisselwerking tussen luchtwrijving en lift te optimaliseren, maar ook om het stroomverbruik te minimaliseren. Dit houdt in dat de operator profiteert van windstromen om de drone te laten glijden of dat hij of zij de vleugels asymmetrisch afstelt om de gier te regelen – of de rotatie rond zijn verticale as. Dit zorgt voor meer stabiliteit bij harde wind.
Kwantitatieve studies tonen aan dat Morpho betere manoeuvreerbaarheid en energie-efficiëntie biedt. Volgens Elythor kan het stroomverbruik tot 85% verminderen wanneer de drone in verticale positie vliegt. Dat verbetert ook de houding en stabiliteit van de drone. De Morpho kan hierdoor inspecties uitvoeren onder een breder scala aan weersomstandigheden.
Omdat Elythor klanten een kant-en-klare oplossing wil bieden, ontwikkelt het bedrijf ook software voor het samenstellen en analyseren van de door Morpho verzamelde gegevens. Momenteel gebruiken exploitanten van energiecentrales verschillende soorten drones, afhankelijk van waar de te inspecteren apparatuur zich bevindt. Hun complexen strekken zich soms uit over meerdere kilometers en omvatten ingewikkelde constructies die moeten worden betreden, zoals windturbines en zend- en hoogspanningsmasten.
Foto: EPFL / Alain Herzog