Roboterfliege wiegt weniger als ein zehntel Gramm

Cambridge (USA) - Leichter kann ein Flugroboter kaum sein. Nur 80 Milligramm wiegt ein Prototyp, der nun in einem Labor an der amerikanischen Harvard University zu seinem kontrollierten Jungfernflug abgehoben ist. Sowohl für die Mechanik der Flügelschläge als auch für die Steuerung verschiedener Flugmanöver ließen sich die Forscher von Stubenfliegen inspirieren. Wie sie im Fachblatt „Science“ berichten, könnten ihre Roboterfliegen zu einem besseren Verständnis des Insektenflugs und in Zukunft zu Erkundungsflügen ganzer Schwärme führen.

„Größere Roboter können mit Elektromotoren fliegen, doch für diesen kleinen Maßstab mussten wir nach einer Alternative suchen“, sagt Kevin Y. Ma vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering. Die Lösung fanden sie in filigranen, piezoelektrischen Modulen. Diese wandeln mechanische Bewegungen in elektrische Ströme um und können umgekehrt auch durch Strompulse in Bewegung versetzt werden. An diese Piezomotoren montierten Ma und Kollegen hauchdünne Flügel für eine gesamte Spannweite von knapp drei Zentimetern. Eine geringe, elektrische Leistung von nur 19 Milliwatt reichte aus, um die Flügel 120 Mal pro Sekunde schlagen zu lassen. Dadurch erhielt die Roboterfliege genug Auftrieb, um einige Sekunden bis zur vorher festgelegten Zielhöhe von zehn Zentimetern zu fliegen.

Damit dieser Prototyp nicht ins Trudeln kam, war eine intelligente Steuerung der Flügelschläge nötig. Unabhängig voneinander konnten dafür beide Flügel vor und zurück bewegt werden und sich zusätzlich um eine waagerechte Drehachse variabel drehen. Auch in der freien Natur nutzen Fliegen ähnliche Bewegungen, um ihren Flug sehr schnell etwa bei kurzen Windstößen zu stabilisieren.

Wegen ihres auf wesentliche Komponenten reduzierten Aufbaus, konnten die Harvard-Forscher bereits einen ganzen Schwarm von Roboterfliegen fertigen. Zu völlig autonomen Flügen können sie bisher allerdings nicht aufbrechen. Denn sowohl für die Stromversorgung als auch für die Flügelsteuerung waren die Roboterfliegen über feine Drähte mit Batterie und Kontrollcomputer verbunden. Doch die Wissenschaftler rechnen fest damit, dass bald sowohl winzige und leichte Brennstoffzellen als auch Steuerchips die Drahtanschlüsse überflüssig machen könnten.

Bis dahin werden sie ihre Roboterfliegen an die Grenzen ihrer Flugtauglichkeit treiben. „Es stehen Dutzende von Tests aus, darunter auch aggressivere Flugmanöver und Landungen“, sagt der Leiter der Arbeitsgruppe Robert J. Wood. Neben in freier Natur einsetzbaren Flugrobotern erwarten sie sich davon auch neue Erkenntnisse über den sehr effizienten und stabilen Flug der lebenden Vorbilder.