Fliegen wie Fliegen - Flugroboter wendig wie eine Taufliege

Delft (Niederlande) - Insekten und Kolibris können waghalsige Flugmanöver mit abrupten Kurswechseln durchführen und sogar in der Luft für kurze Zeit in einer Position verharren. Bisher waren bionische Flugroboter nicht in der Lage, diese Flugkünste zu imitieren. Dieser Schritt gelang nun niederländischen Wissenschaftler 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.

Mit einer Spannweite von 33 Zentimetern und knapp 30 Gramm Gewicht ist der Flugroboter „DelFly Nimble“ um ein Vielfaches größer als Taufliegen. Doch Matěj Karásek und seine Kollegen von der Technischen Universität Delft entwickelten ein ausgeklügeltes Steuerprogramm, um ihren Prototyp sowohl in der Luft an einer Position quasi stehen oder schnelle Kehrtwenden vollführen zu lassen. „Der Roboter erreichte eine Spitzengeschwindigkeit von 25 Kilometern pro Stunde und meisterte selbst aggressive Flugmanöver“, sagt Karásek.

Verantwortlich für diese Flugkünste war die ständige Rückkopplung zwischen einem programmierbaren Autopiloten – basierend auf einem zwei Gramm leichten Mikroprozessor – und den Daten mehrerer integrierter Sensoren, wie einem Beschleunigungssensor und einer Art Kreiselkompass, einem Drei-Achsen-Gyroskop. Wie bei dem natürlichen Vorbild der Insekten genügten vor allem die Bewegungen der vier Flügel, um Instabilitäten und einen Absturz zu vermeiden. So konnte der Roboter seine Flügel teils entgegesetzt etwa 20 Mal pro Sekunde schlagen lassen. Zwar kippte der Roboter bei den Flugmanövern zwangsläufig auch um Längs- und Querachse. Doch dank einer raschen Anpassung von Schlagfrequenz und Ausrichtung der vier Flügel blieb der Flug kontrollierbar und stabil.

Als Antrieb bauten die Forscher zwei winzige Elektromotoren in ihren Prototyp ein, die über eine ausgeklügelte Rädermechanik die Flügel in Schwingung versetzten. Eine Ladung der integrierten Batterie genügte für einen Flugdauer von fünf Minuten. Maximal konnte der Roboter eine Strecke von etwa einem Kilometer zurücklegen. Dabei zeigte der Antrieb bei einer Geschwindigkeit von gut zehn Kilometern pro Stunde seine höchste Effizienz.

Nicht nur der Entwicklung extrem wendiger Drohnen könnte „DelFly Nimble“ neue Impulse geben. „Als ich den Roboter zum ersten Mal fliegen sah, war ich begeistert wie nah sein Flug an die Flugkünste von Insekten heranreichte“, sagt Florian T. Muijres, Zoologe von der Universität Wageningen. Er ist davon überzeugt, dass der Flugroboter auch zu einem besseren Verständnis der Aerodynamik des Insektenflugs führen könnte.