デルフライ
DelFly Micro、カメラ付き3.07グラムの羽ばたき翼MAV

DelFlyは、デルフト工科大学のマイクロ航空機研究所[ 1 ]とワーゲニンゲン大学・研究機関[ 2 ]が共同で開発した、ビデオカメラを搭載した完全に制御可能な 羽ばたき翼のマイクロ航空機（MAV）またはオーニソプターです。[ 3 ] [ 4] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]

DelFlyプロジェクト[ 9 ]は、完全に機能するシステムに焦点を当てており、より小型で自律的な羽ばたき翼MAVに向けたトップダウンアプローチを採用しています。

DelFly Microは、翼幅10cm、重量3.07gで、ビデオカメラと送信機を搭載した世界最小の自由飛行可能な制御可能なフラッピング翼MAVです。[ 10 ]より小型のフラッピング翼MAVは存在しますが、カメラは搭載されていません。ニューヨーク州アルバニーの愛好家が、重量920mg、翼幅60mmのフラッピング翼MAVを製作しました。これは現在までに世界最小の自由飛行フラッパーです。

28センチメートル16グラムのDelFly IIは垂直離着陸が可能で、主に機外処理を使用して単純な自律飛行を実行できます。[ 5 ] [ 7 ] [ 11 ]

DelFly Explorer [ 12 ]は全長28センチメートル、重量20グラムで、建物内での自律飛行を可能にする小型ステレオビジョンシステムを搭載している。

DelFly Nimbleのホバリング

DelFly Nimble [ 13 ]は、非常に機敏な無尾翼の羽ばたき翼型MAVです。翼の動きを変化させることで操縦し、360度回転などの高速飛行を可能にします。その用途の一つは昆虫の飛行研究です。ショウジョウバエの非常に高速な逃走動作を模倣することで、急速なバンク旋回を可能にする新しい空力メカニズムが明らかになりました。スタートアップ企業のFlapper Dronesは、ドローンショー、フェスティバル、テーマパークなどのエンターテイメント分野での使用を目的としたDelFly Nimbleの商用版を開発しています。[ 14 ]

歴史

DelFlyプロジェクトは、 2005年にデルフト工科大学デルフト校航空宇宙工学部の理学士課程の学生グループによる設計統合演習として開始されました。羽ばたき翼の設計はワーゲニンゲン大学が指導し、[ 4 ]遠隔操作と小型カメラの統合はルイシンク・ダイナミック・エンジニアリングが、リアルタイム画像処理はデルフト工科大学が担当しました。 [ 15 ]この演習の成果として、翼幅50cm 、重量21グラムのカメラ付き羽ばたき翼型MAVであるDelFly Iが誕生しました。DelFly Iは高速飛行と低速ホバリングが可能で、カメラ映像は比較的安定していました。

2007年、カメラを搭載した翼幅28cm、重量16gの羽ばたき翼型MAV（多目的航空機）DelFly IIが開発されました。このバージョンは小型化され、飛行範囲は前方7m/sからホバリングに近い状態、そして後方-1m/sまでと、はるかに広範囲でした。DelFly Iとは異なり、DelFly IIは垂直離着陸が可能でした。DelFly IIの飛行時間は約15分でした。

DelFly IIに続き、2008年には、翼幅10cm、重量3.07gの羽ばたき翼を持つMAV（多目的航空機）であるDelFly Microが登場しました。この機体にもカメラが搭載されていました。 [ 16 ] DelFly Microは、スロットル、エレベーター、ラダーの3つのコントロールで完全に操縦可能です。搭載エネルギーが限られているため、DelFly Microの飛行時間は約2～3分でした。DelFly Microは、2009年にギネスブックにカメラを搭載した世界最小の飛行機として掲載されました。

DelFlyは2005年、2007年、2008年、2010年、2013年のマイクロエアビークル競技会に参加し、屋内で完全な自律飛行を行った最初の車両でした。[ 17 ]

DelFly Explorerは2013年に開発されました。未知の環境や準備されていない環境でも 自律的に障害物を回避できるステレオビジョンシステムを搭載しています。

2018年に発表されたDelFly Nimbleは、初の無尾翼DelFlyです。従来の設計よりもはるかに機敏で、前進飛行時にはホバリングとあらゆる方向への飛行（最高速度7m/s）が可能です。比較的シンプルな設計で、市販の部品と3Dプリント部品を組み合わせて作られています。

2019年、デルフト工科大学の技術スピンオフであるFlapper Dronesが設立され、DelFly Nimbleの商用バージョンを開発しました。

影響

DelFlyは、カリフォルニア工科大学のディキンソン研究室がワーゲニンゲン大学と共同で発見した羽ばたき翼の空気力学的設計のスケーリング関係に基づいています。[ 6 ] [ 4 ] [ 18 ] [ 19 ]ディキンソン研究室での以前の研究[ 20 ]はRobobeeにも影響を与えており、RobobeeとDelFlyの設計はどちらも飛翔昆虫のロボットモデルの研究から生まれました。[ 21 ] DelFlyは、TechJect Dragonfly UAVやFlyTech Dragonflyなど多くの製品に影響を与え、DelFlyの開発につながっています。

設計上の課題

自律型、低質量、20グラム未満の羽ばたき翼MAVの設計は、材料、電子機器、制御、空気力学、コンピュータービジョン、人工知能など、様々な分野で課題を提起します。これらの分野はすべて相互に影響し合っています。例えば、翼の設計と空気力学に関する研究は、飛行効率と発生する揚力量を向上させました。これにより、より多くの搭載センサーや処理能力など、より大きなペイロードを搭載することが可能になります。そして、このような搭載処理能力は風洞内での自動操縦に利用でき、DelFlyとその低レイノルズ数空気力学のより優れたモデルの作成に役立ちます。

アプリケーション

羽ばたき翼型MAVは自然な外観を持ち、軽量で低速な翼のため本質的に安全です。そのため、屋内飛行や人間がいる場所での飛行に適しています。さらに、羽ばたき翼型MAVは（拡張現実）玩具としても使用でき、屋内の産業構造物の検査や屋内イベントの観客のビデオストリーミングなどにも活用できます。DelFlyは、エアコンを切った屋内や、風が非常に弱い屋外でも問題なく飛行します。

DelFly Nimbleの優れた飛行性能は、その固有の安全性と自然な外観と相まって、エンターテインメント分野における新たな用途を開拓します。スタートアップ企業のFlapper Dronesは、コンサート、フェスティバル、テーマパークでのドローンショー向けに、この技術をさらに開発しています。

参考文献

  1. ^ 「Micro Air Vehicle Lab – TUDelft」。2019年10月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2025年7月9日閲覧。
  2. ^ Lentink, D.; Bradshaw, NL; Jongerius, SR (2007年4月). 「昆虫の飛行に着想を得た新型マイクロ航空機」.比較生化学・生理学 パートA：分子・統合生理学. 146 (4): S133– S134. doi : 10.1016/j.cbpa.2007.01.256 .
  3. ^ Bradshaw, Nancy L.; Lentink, David (2008年8月18～21日).羽ばたき翼を持つ小型航空機の空力および構造力学同定. AIAA 誘導・航法・制御; 大気飛行力学; モデリング＆シミュレーション技術; 応用空気力学, アメリカ航空宇宙学会 (AIAA). ホノルル, ハワイ, アメリカ合衆国.
  4. ^ a b cレンティンク、デイヴィッド（2008年9月9日）.水泳と飛行の生体流体力学の探究（博士論文）. ワーゲニンゲン：ワーゲニンゲン大学. ISBN 978-90-8504-971-5。
  5. ^ a b de Croon, GCHE; de Clercq, KME; Ruijsink, R.; Remes, B.; de Wagter, C. (2009年6月1日). 「DelFlyの設計、空力特性、および視覚ベース制御」. International Journal of Micro Air Vehicles 1 (2): 71–97. doi:10.1260/175682909789498288.
  6. ^ a bレンティンク、デイヴィッド、ステファン・R・ヨンゲリウス、ナンシー・L・ブラッドショー。「昆虫の飛行に着想を得た、羽ばたき型マイクロ航空機のスケーラブルな設計」『空飛ぶ昆虫とロボット』シュプリンガー・ベルリン・ハイデルベルク、2010年、185-205ページ。
  7. ^ a b ^ デ・クルーン、GCHE;デ・ヴェールト、E.デ・ワグター、C.レムズ、BDW。 Ruijsink、R. (2012 年 4 月)。 「障害物回避のための外観変化合図」。ロボット工学、IEEE Transactions on 28 (2): 529–534。土井:10.1109/TRO.2011.2170754。
  8. ^ de Croon, GCHE、Percin, M.、Remes, BDW、Ruijsink, R.、De Wagter, C.、「The DelFly: Design, Aerodynamics, and Artificial Intelligence of a Flapping Wing Robot」、Springer、(2015)。
  9. ^ 「DelFly」 .
  10. ^ 「最小のカメラプレーン」。
  11. ^ 「TU Delft: Publications」 . 2013年12月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年12月11日閲覧。
  12. ^ De Wagter, C.、Tijmons, S.、Remes, BDW、.de Croon, GCHE、「4グラムのオンボードステレオビジョンシステムを搭載した20グラムの羽ばたき翼MAVの自律飛行」、2014 IEEE国際ロボティクスおよびオートメーション会議 (ICRA 2014)。
  13. ^ Matěj Karásek, Florian T. Muijres, Christophe De Wagter, Bart DW Remes, Guido CHE de Croon: 尾のない飛行ロボットフラッパーは、ハエが急速なバンクターンでトルクカップリングを利用していることを明らかにした。Science, Vol 361, Iss 6407, 2018.
  14. ^ 「フラッパードローン」。
  15. ^ De Wagter, Christophe, JA Mulder. 「視覚ベースのUAV状況認識に向けて」AIAAガイダンス、ナビゲーション、および制御会議および展示会. 2005.
  16. ^「Delfly Micro IEEE 記事」
  17. ^ 「ホーム」 . imavs.org .
  18. ^レンティンク、デイビッド、マイケル・H・ディキンソン。「羽ばたき、回転、並進運動する鰭と翼の生体流体力学的スケーリング」Journal of Experimental Biology 212.16 (2009): 2691-2704。
  19. ^レンティンク、デイビッド、マイケル・H・ディキンソン。「回転加速度は回転するハエの羽根の前縁渦を安定化させる。」実験生物学ジャーナル 212.16 (2009): 2705-2719。
  20. ^ディキンソン、マイケル・H.、フリッツ＝オラフ・レーマン、サンジェイ・P.・セイン。「翼の回転と昆虫の飛行における空気力学的基礎」サイエンス誌 284.5422 (1999): 1954-1960。
  21. ^レンティンク、デイヴィッド。「バイオミメティクス：ハエのように飛ぶ」Nature（2013年）。
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