Létající drony se v posledních letech dostaly do popředí pozornosti nejenom v souvislosti s válkou na Ukrajině, ale i stále širším nasazením v zemědělství, televizních přenosech ze sportovních akcí a mnoha dalších odvětvích. Jednou z největších nevýhod vrtulových strojů je nebezpečí, které představují rotující vrtule pro člověka a další živé organismy, ale i hluk, který jejich let provází.

To se rozhodl vyřešit výzkum na Technické univerzitě Delft v Nizozemí v roce 2019, do kterého se zapojil i český vědec Matěj Karásek. Navazoval na předcházející výzkumný projekt Delfly, v rámci kterého byly vyvíjeny lehké drony inspirované okřídleným hmyzem od roku 2005 a na němž se podílelo několik diplomantů a doktorandů. „Já osobně jsem se k okřídleným dronům dostal poprvé v roce 2011, kdy jsem začal s jejich výzkumem a vývojem na belgické Université Libre de Bruxelles v rámci mého doktorského studia na téma ‘robotický kolibřík‘. K týmu v Delftu jsem se pak připojil v roce 2015,“ vzpomíná Matěj Karásek.

Skok do neznáma

Již během výzkumů v Nizozemí vznikla firma převádějící výsledky bádání vědců do komerčních výstupů, jako takzvaný spinoff nizozemské Technické univerzity Delft. „Výměnou za podíl ve firmě jsme získali práva k duševnímu vlastnictví a zároveň i menší vstupní kapitál pro patenty a rozjezd firmy,“ pokračuje Matěj Karásek.

S rozjezdem firmy se vědci museli naučit spoustu nových dovedností. „Na začátku to byl skok do neznámé vody, neměli jsme zkušenosti ani s rozjezdem startupu, ani s podnikáním v showbyznysu, což byl trh, na kterém jsme se s show s okřídlenými drony chtěli prosadit. Zato jsme však měli z našeho působení na univerzitách mnohaleté zkušenosti s výzkumem a vývojem technologie okřídlených i jiných dronů, což bylo něco, co nás velmi bavilo a motivovalo, a stále tomu tak je,“ vzpomíná český vědec.

Vyzvedneme vás u domu, ale nejsme taxík. Aby Citya zlepšila dopravní obslužnost, musela změnit zákon

Vývoj show s okřídlenými drony vznikl na základě poptávky ze showbyznysu. V té době sice již existovaly světelné show s klasickými vrtulovými drony, kdy každý dron tvoří jeden světelný bod, z kterých se pak vytváří na obloze dynamické obrazce v choreografii s hudbou. Létající robotičtí kolibříci však mohli být blíže k divákům a vytvářet zajímavou show i ve výrazně menším počtu. To umožnilo stylizovat je do podoby dalších létajících bytosti, jako jsou víly, motýly, včely…

Pandemie zničila trh

Jenže hlavní podnikatelský záměr firmy, kterým bylo prodávat produkty pro zábavní průmysl, zhatila pandemie covid-19 provázená rušením akcí pro veřejnost. Trh ze dne na den prakticky zanikl. „Tuto firmu jsme nakonec rozpustili. Technologii dronů převzala moje současná firma Flapper Drones, která působí v České republice a zaměřuje se primárně na okřídlené drony pro výzkum,“ dodává Matěj Karásek.

I když možnost využít mechanické kolibříky a vážky pro zábavní průmysl na několik let zanikla, a k využití pro průmysl nebyla technologie ještě dostatečně zralá, existoval na trhu jeden segment, pro který byla atraktivní: oblast akademického výzkumu. „Výhodou pro nás bylo i to, že jsme použili řídicí systém s otevřeným kódem Crazyflie, který je mezi výzkumníky hojně používán, což nám také pomohlo dostat se k prvním zákazníkům,“ zmiňuje Matěj Karásek. V současné době tak jeho firma vyvíjí okřídlené drony primárně pro vědecké instituce, které se zabývají možnostmi jejich dalšího využití.

Bezpečný a tolerantní

V čem je největší přednost okřídleného dronu oproti vrtulovému?  „Největší výhodou mávajícího křídla oproti vrtuli je jeho bezpečnost a tolerance kolizí. Na rozdíl od tvrdé a ostré vrtule, která se ráda zasekne do čehokoli, co ji zkříží cestu, se ohebné mávající křídlo pohybuje tam a zpět, a tak se od jakékoli překážky pouze měkce odrazí. Díky tomu drobné kolize nevedou hned ke kompletní ztrátě stability a nárazu jako u běžných vrtulových dronů. Nicméně okřídlené drony mají i mnoho dalších výhod, jako je jiný, méně otravný zvuk či možnost je, výhledově, zmenšit až na velikost včely,“ popisuje vědec.

Pro začínající firmu bylo na začátku nejtěžší překlenout prvních několik let, kdy potřebovala vyvíjet a stavět prototypy, aniž by generovala jakékoli příjmy z prodeje. V této fázi jí výrazně pomohly granty pro začínající firmy a vývojové projekty.

Na rozdíl od většiny českých startupů, které působí v Praze, Brně a dalších velkých městech, zakotvila firma Flapper Drones v Jablonci nad Nisou. „Operovat z Jablonce byla hlavně osobní preference. Cítíme jako startup, jelikož vyvíjíme technologie, jejichž masovější uplatnění přijde až za delší dobu. Zároveň ale nyní jdeme cestou organického růstu a nepotřebujeme tedy být neustále na očích potencionálním investorům. Sto procent naší výrobní produkce jde na export, a i proto není tak podstatné, zda sídlíme v hlavním, či menším regionálním městě. Navíc do Prahy to máme hodinu cesty po dálnici, a v sousedním Liberci sídlí technická univerzita,“ konstatuje Matěj Karásek.

V Česku firma spolupracuje s univerzitami na dalším vývoji technologie a zájem je také o její služby v podobě světelných show.

Petr Konvalinka (TA ČR): Chybí nám větší spolupráce výzkumníků se zahraničím

Bezkonkurenční technologie

I když s technologií okřídlených dronů působí firma na trhu již několik let, zatím v oboru nemá konkurenci. „Pokud víme, jsme prvním a jediným prodejcem dronů inspirovaných kolibříky, tedy dronů s mávajícími křídly, které se krom dopředného letu umí i vznášet na místě či vzlétnout a přistát vertikálně. Nicméně existuje několik výrobců okřídlených dronů inspirovaných ptáky, které umožňují pouze dopředný let. A krom mnoha univerzitních prototypů existuje i několik technologických demonstrátorů robotických kolibříků či včel z průmyslového prostředí. Je tedy jen otázkou času, kdy se tato technologie více rozšíří,“ zmiňuje zakladatel společnosti Flapper Drones.

V současné době se většina produktů jablonecké společnosti používá jako platforma pro další výzkum, protože okřídlené drony mají oproti těm klasickým mnoho specifik, která zatím stále ještě nejsou dostatečně dobře popsaná – od dynamiky letu, přes řídicí algoritmy a (ne)vhodnost určitých senzorů až po aerodynamiku mávajícího křídla.

„Nicméně hlavní výhody okřídlených dronů – bezpečnost a tolerance kolizí, méně otravný zvuk i jejich přirozenější a přátelštější vzhled – je předurčují pro aplikace, kde potřebujeme létající roboty poblíž lidí. Může jít o monitorování stavu zásob ve skladových halách, létající „průvodce“ například na letišti, či sběr dat a, třeba výhledově i opylování, ve sklenících a vertikálních farmách, kde hrozí kolize s rostlinami a další infrastrukturou,“ plánuje Matěj Karásek a pokračuje: „Pro nasazení v těchto aplikací ještě není technologie dostatečně zralá, ale lze ji už nyní využít v zábavním průmyslu. Ve spolupráci se skupinou Wombatronic se začínáme věnovat tvorbě zábavních show pro eventy, kde využíváme hejno našich autonomně ovládaných okřídlených dronů v kombinaci s herci, tanečníky, akrobaty či interaktivními světelnými objekty.“ První vlaštovkou tohoto druhu je krátké představení Ornitonaut, které se hrálo i na pražském festivalu inovací Maker Faire.

Neustálé zmenšování

I když má použití křídel u dronů řadu výhod, oproti těm vrtulovým mají zatím jeden nedostatek – vibrace mávajících křídel neumožňují natáčet kvalitní filmové záběry. „Jednou z výzev okřídlených dronů jsou určitě vibrace v důsledku mávání křídel, které ovlivňují hlavně kameru a výsledný obraz. Již dnes je to do jisté míry řešitelné pomocí elektronické stabilizace při zpracování videa, a vidíme další cesty ať už v různých způsobech upnutí kamery k dronu, či úpravou vlastního návrhu dronu, který by vznik těchto vysokofrekvenčních pohybů omezoval. V neposlední řadě se již dnes, pro autonomní let pomocí AI a počítačového vidění, začínají objevovat kamery snímající pohyb, kde tyto vibrace nemusí představovat problém, a naopak zdroj dalších informací pro řízení letu,“ říká Matěj Karásek.

Jakým směrem se bude podle něj nový obor dál vyvíjet? „Odvětví dronů i vzhledem k válce na Ukrajině zažívá velký boom. Nicméně my okřídlené drony vidíme vzhledem k jejich omezené nosnosti, doletu a velikosti vhodné hlavně pro civilní aplikace poblíž lidí. Dnes je dron používán převážně jako létající kamera, a je často ovládaný napřímo člověkem. Do budoucna však budou drony více a více autonomní, místo jednotlivých dronů bude člověk ovládat jejich hejna, která budou sbírat data či plnit naše úkoly,“ dívá se Matěj Karásek do budoucna.

Obor zároveň budou dál proměňovat nové materiály a baterie umožňující okřídlené drony zmenšovat a prodloužit jejich dobu letu. „Věříme, že doba, kdy hejna okřídlených dronů budou sbírat data ve skladech, ukazovat nám cestu na letišti či veletrhu, či monitorovat škůdce a opylovat květy rostlin ve sklenících, není daleko. A než tomu tak bude, budete mít šanci vidět naše okřídlené drony během zábavních show na eventech,“ uzavírá Matěj Karásek.

Dalibor Dostál

Jablonecká společnost Flapper Drones se zaměřuje na vývoj a výrobu okřídlených dronů. Mezi zákazníky výrobků patří zahraniční univerzity, které se věnují výzkumu této technologie. Kromě toho se mechaničtí kolibříci a vážky objevují také ve světelných show pro společenské akce.