Door zaden geïnspireerde robot vliegt 26 minuten op één vleugel

Robotica
Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 11 augustus 2025

Het is een eenvoud die de natuur waardig is, maar het duurde 10 jaar om de menselijke versie te 'kopiëren'. [Afbeelding: SUTD]
Biomimetische robot
Samaras, de zaden van de esdoorn, bewegen zich spiraalsgewijs naar beneden dankzij een membraanachtige vleugel. Deze heeft een aerodynamische eigenschap waardoor ze langzamer naar beneden vallen, waardoor de wind de tijd heeft om ze van de moederboom weg te voeren.
Cai Xinyu en collega's van de Singapore University of Design and Technology werken al jaren aan het kopiëren van dit ontwerp uit de natuur. Ze ontwikkelden een biomimetische robot die de aerodynamica van samara's efficiënter kan benutten.
En nu hebben ze alle records gebroken: de 32 gram wegende monocopter blijft 26 minuten lang volledig automatisch in de lucht hangen, wat alle ooit uitgevonden biomimetische drones ver overtreft - de enige beperking van de vliegtijd is de batterijduur.
"Vliegen wordt steeds inefficiënter naarmate we kleiner worden. Kleine drones hebben doorgaans een lage weerstand omdat hun kleine propellers slechts een beperkte stuwkracht genereren en toch veel energie verbruiken. Ons doel was om deze beperking te overwinnen", aldus professor Foong Shaohui, de coördinator van het team.
Gelukkig had de natuur het probleem al opgelost. Maar het kostte het team 10 jaar werk om de details van de samara te repliceren: "Elk onderdeel van een esdoornzaadje draagt bij aan de opwaartse kracht ervan. We hebben ons laten inspireren door dit principe en een romp gebouwd waarin niets verloren gaat", aldus Shaohui.

Ontwerpdetails - elke dimensie en elke hoek is belangrijk. [Afbeelding: Xinyu Cai et al. - 10.1109/LRA.2025.3575316]
Eenvleugelige drone
Het verbeterde vleugelontwerp werd mogelijk gemaakt door kunstmatige intelligentie, die talloze optimalisatiemechanismen testte. Hierdoor konden talloze ontwerpmogelijkheden worden onderzocht zonder dat elke configuratie gebouwd en getest hoefde te worden.
In tegenstelling tot conventionele quadcopters, die meerdere rotors aansturen, vliegt de monocopter met slechts één actuator. Deze ene motor drijft de romp van het luchtvaartuig aan, die een complete vleugel vormt. De ene motor drijft de gevleugelde romp aan, waardoor deze roteert en stabiliseert door passieve dynamiek, wat zorgt voor lift door een groot vleugelprofiel.
Zonder oscillerende onderdelen, tandwielkasten of mechanische verbindingen is het ontwerp structureel eenvoudig, maar mechanisch efficiënt. De drone zweeft met een vermogen van 9,1 gram per watt, waarmee hij andere microvliegtuigen met zweefcapaciteit van vergelijkbare grootte en gewicht overtreft.
"Dit is een baanbrekende prestatie", aldus Xinyu. "We hebben aangetoond dat een kleine vliegende robot, met het juiste aerodynamische en systeemontwerp, een uithoudingsvermogen kan bereiken dat wedijvert met veel grotere systemen. Dit toont aan dat grootte niet langer een beperkende factor hoeft te zijn."

De drone weegt slechts 32 gram. [Afbeelding: Xinyu Cai et al. - 10.1109/LRA.2025.3575316]
Verbeter het project
Het prototype werd gebouwd met commercieel verkrijgbare componenten. Maar nu is het team van plan om aangepaste onderdelen te ontwikkelen om de prestaties van de monocopter verder te verbeteren.
"De volgende stap is het vergroten van het laadvermogen en de vliegtijd zonder het gewicht significant te verhogen", aldus Xinyu. "We willen ook geavanceerde materialen en bio-geïnspireerde vleugelmorfologieën onderzoeken in het ontwerpproces."
Artikel: Klein maar krachtig: een biomimetisch idee neemt vlucht
Auteurs: Xinyu Cai, Shangkun Zhong, Tee Meng Tan, Wei Jun Ang, Shaohui FoongTijdschrift: IEEE Robotics and Automation LettersDOI: 10.1109/LRA.2025.3575316Ander nieuws over:
inovacaotecnologica