Drony jako ptáci

Tvorové létající pomocí mávavých křídel umí celou řadu věcí, o nichž se letadlům může jen zdát: k dopřednému pohybu i vytváření vztlaku používají jen jednu plochu (tedy nikoliv křídlo a pohon zvlášť), dokáží svisle odstartovat, plynule přejít do horizontálního letu a stejně snadno i svisle přistát - a v neposlední řadě to vše dělají s poměrně malou spotřebou: let ornitoptéry je údajně až třikrát energeticky efektivnější než je tomu u klasického letadla. A ještě ke všemu létají tiše a nenápadně, což se může hodit v celé řadě uplatnění.

Pták - slepice - netopýr

O nesnadnosti sestrojit na principu ornitoptéry letadlo, které by uneslo člověka, se přesvědčil už bájný Ikaros - a přesvědčují se o tom konstruktéři dodnes. Důvodů je několik. Mezi prvními je velká setrvačná hmota křídla potřebných rozměrů; ostatně ne náhodou ani největší ptáci nemají tělo tak velké a těžké jako člověk. Ze stejných důvodů velcí ptáci více plachtí než mávají křídly. Také složité pohyby křídel při manévrování kladou na konstrukci velkého stroje těžko splnitelní nároky. K dalším důvodům patří obtížné ovládání mávavého křídla a komplikovaná stabilizace letu ve všech režimech. Ptačí mozek v tomto ohledu stále ještě vysoce přesahuje schopnosti lidských počítačů.

Snahy sestrojit prakticky použitelné pilotované letadlo s mávavými křídly proto nejspíš navždy zůstanou okrajovou záležitostí pro konstruktérské výstředníky. Přesto zájem o ornitoptéry poslední dobou roste, protože tento druh letu je velmi perspektivní pro malé dálkově ovládané stroje. Ty nejmenší napodobující hmyz si necháme do jiného článku a zatím se podíváme na drony s mávavými křídly inspirované ptáky, kterých poslední dobou rychle přibývá.

Označení této kategorie letadel vzniklo ze starořeckého slova ornis, což znamená pták - a není bez zajímavosti, že sice přešlo do novořečtiny v jen málo změněné podobě (ornithu), ale dnes jde o výraz pro slepici. Není to tak docela nepřípadné, protože i letecké schopnosti ornitoptér donedávna připomínaly spíš kura domácího. Můžete se o tom snadno přesvědčit sami, protože hraček nebo modelů ornitoptér je na trhu hodně, včetně těch nejjednodušších na gumový pohon (viz obrázek nad mezititulkem). Problém totiž není ani tak let sám, jako jeho ovládání.

Také proto se někteří konstruktéři místo u ptáků inspirují spíš u netopýrů, kde je opisování od přírody přece jen snazší. A jak je v pokročilém inženýrství zvykem, také v oboru dálkově řízených strojů s mávavými křídly razila cestu armáda.

Armáda má zájem

Létání potichu a ještě ke všemu potmě je pro netopýra samozřejmostí - a vojáci by to chtěli umět taky. Už roku 2009 tak začali konstruktéři z University of Michigan College of Engeneering vyvíjet bezpilotní letoun COM-BAT okopírovaný podle vzoru netopýra. Podrobněji jsme se mu věnovali zde.

Roku 2017 představili vědci z Caltech a University of Illinois Urbana-Champaign dalšího umělého netopýra s názvem Bat Bot. I když létal velmi pěkně, autoři skromě připustili, že za svým vzorem ještě zaostává: "Poslouží nám především k detailnímu pochopení toho, jak okřídlení savci létají".

Americké ozbrojené složky si od opisování od přírody hodně slibují. Příkladem může být třeba stroj podobný kolibříkovi, na jehož vývoj dostala firma Aerovironment štědrou dotaci od Agentury pro pokročilý obranný výzkum (DARPA). Vidíte ho na obrázku v titulu článku. Od roku 2013 pamatuje rozpočet US AirForce i dalších vojenských složek několika miliony dolarů pro vývoj neortodoxních pohonů dronů, přičemž ornitoptéry jsou na prvním místě. Z tohoto zájmu nyní žije celá řada vývojových pracovišť na universitách i v soukromých firmách.

Dohled nad letišti

O drony s mávavými křídly se zajímá i civilní sektor. Několik firem například vyvíjí robotické ptáky - drony, jejichž vzhled napodobuje dravce a má tak zahánět ostatní ptáky od letištních ploch, kde představují velké nebezpečí pro startující a přistávající letadla. Jednou z techto firem je nizozemská startupová společnost Clear Flight Solutions, která za tímto účelem obdržela 1,6 milionu eur od Cottonwood Euro Technology Fund zaměřeného na investování do pokročilých technologií. Výsledkem je létající stroj Robobird podobný sokolovi. I v tomto případě jde o ornitoptéru poháněnou mávavými křídly napodobujícími let ptáků.

"Jde o velmi složitý pohyb v trojrozměrném prostoru, což předpokládá vyřešení celé řady problémů," konstatuje zakladatel firmy sedmadvacetiletý Nico Nijenhuis. "Z vědeckého hlediska pořád ještě letu ptáků úplně nerozumíme. Dokud se křídla nehýbou, je vše jasné, ale jakmile přejdeme do mávavého pohybu, máme problémy."

Nico Nijenhuins současně vysvětluje, proč stejnou úlohu nemůže zastat obyčejný dálkově řízený model letadla nebo dron: "Důležitá je silueta a způsob letu napodobující obávaného dravce. Jen tak to zapůsobí na ptačí instinkt k útěku. Na všechno ostatní si zvyknou a nic si z toho nedělají." Trup Robobirda vyrobený z velmi pevného nylonového kompozitu metodou 3D tisku proto dokonale napodobuje i zbarvení skutečného sokola.

Ne všichni ptáci se ale svých mechanických kolegů bojí. Když vědci z Centra pro robotiku University of Maryland testovali svého umělého krkavce Raven Robo, napadl ho jestřáb.

Umělí ptáci na čínský způsob

Svérázné uplatnění našli pro dálkově ovládané ornitoptéry v Číně. Rozjeli program Dove, v jehož rámci vznikají drony podobné holubům, jejichž úkolem je mimo jiné i dohlížet na občany. Jsou vybaveny kamerami s vysokým rozlišením, jejichž obraz se do kontrolních středisek přenáší přes satelitní spoje. Údajně už jsou nasazené v několika provinciích, kde dochází k nepokojům. Pravděpodobně se s nimi počítá jako součást tzv. systému společenského kreditu, který bude pomocí špičkových technologií (včetně rozpoznávání tváří) sledovat veškeré dění v zemi a rozčleňovat občany do kategorií podle jejich chování a loajality ke komunistické moci.

Dálkově ovládaných ornitoptér rychle přibývá a snaha je stavět sílí i mezi amatérskými modeláři. Budeme se jim proto na Dronewebu i nadále věnovat - příště už jednotlivým typům samostatně a podrobněji.

Jan A. Novák