Fliegen wie Fliegen

Insekten und Kolibris können waghalsige Flugmanöver mit abrupten Kurswechseln durchführen und in der Luft sogar für kurze Zeit in einer Position verharren. Bisher waren bionische Flugroboter nicht in der Lage, diese Flugkünste zu imitieren. Wissenschaftlern gelang dieser Schritt nun mit einem vierflügeligen Prototyp. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, könnte ihr Flugroboter nicht nur zu wendigeren Drohnen, sondern auch zu einem besseren Verständnis des Insektenflugs etwa von der Taufliege führen.

Der neuartige Flugroboter besitzt eine Spannweite von 33 Zentimetern und wiegt knapp 30 Gramm. Um ihren Prototyp in der Luft sowohl an einer Position halten als auch schnelle Kehrtwenden vollführen zu können, entwickelten Matěj Karásek von der Technischen Universität Delft in den Niederlanden und seine Kollegen ein ausgeklügeltes Steuerprogramm. „Der Roboter erreichte eine Spitzengeschwindigkeit von 25 Kilometern pro Stunde und meisterte selbst aggressive Flugmanöver“, berichtet Karásek. Verantwortlich für diese Flugkünste war die ständige Rückkopplung zwischen einem programmierbaren Autopiloten an Bord und den Daten mehrerer integrierter Sensoren, wie etwa einem Beschleunigungssensor und einem Gyroskop.

Als Antrieb für den Flugroboter verwendeten die Forscher zwei winzige Elektromotoren, die die Flügel über eine Rädermechanik in Schwingung versetzten. Wie auch bei Insekten genügten vor allem die Bewegungen der vier Flügel, um Instabilitäten und einen Absturz zu vermeiden. Zwar kippte der Roboter bei den Flugmanövern teils um seine Längs- und Querachse. Doch dank einer raschen Anpassung von Schlagfrequenz und Ausrichtung der vier Flügel blieb der Flug stets kontrollierbar und stabil. Eine Ladung der integrierten Batterie genügte für eine Flugdauer von fünf Minuten, dabei legte der Roboter eine Strecke von maximal etwa einem Kilometer zurück.

„Als ich den Roboter zum ersten Mal fliegen sah, war ich begeistert, wie nah sein Flug an die Flugkünste von Insekten heranreicht“, erzählt Florian Muijres von der niederländischen Universität Wageningen. Der an der Studie beteiligte Zoologe ist davon überzeugt, dass der Flugroboter zu einem besseren Verständnis der Aerodynamik des Insektenflugs führen kann. Aber auch der Entwicklung von extrem wendigen Drohnen dürfte der nun vorgestellte Flugroboter neue Impulse geben.