Robobee – Flugroboter startet erstmals ohne Stromkabel

Boston (USA) - Ob Libelle, Fliege, Hummel oder Biene: Nach dem Vorbild von Insekten entwickelten Wissenschaftler bereits eine Vielzahl winziger Flugroboter. Doch bisher benötigen diese leichten und wendigen Flugapparate ein filigranes Stromkabel, um mit ausreichend Energie versorgt zu werden. Nun gelang es amerikanischen Entwicklern erstmals, dieses Kabel zu kappen. Ihre „Robobee“ hob allein dank des Stroms ab, den extrem leichte Solarzellen oberhalb der vier Flügel lieferten. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, hielt sich Robobee zwar nur eine knappe Sekunde in der Luft. Doch legt dieser Jungfernflug die Grundlage für autonom fliegende Schwärme von Flugrobotern auf Erkundungsmissionen.

„Mit diesen Versuchen konnten wir den Flug des bisher leichtesten, völlig ungebundenen Flugobjekts demonstrieren“, sagt Noah Jafferis vom Microrobotics Lab an der Harvard University in Boston. Gemeinsam mit seinen Kollegen arbeitete er viele Jahre, um dieses Ziel einer autarken Stromversorgung zu erreichen. Batterien kommen dafür nicht in Frage. Denn sie sind schlicht zu schwer für die bionischen Flugroboter. Doch ein Segel aus sechs hauchdünnen, hocheffizienten Solarzellen mit Wirkungsgraden um 30 Prozent lieferte nun genug Strom, um Robobee kurz abheben zu lassen.

Insgesamt wiegt der knapp sieben Zentimer große Flugroboter gerade mal 259 Milligramm, Elektronik und Solarzellen inklusive. Die vier Flügel aus einem transparenten Kunststoff haben eine Spannweite von 3,5 Zentimetern. Angetrieben werden sie von piezoelektrischen Modulen aus Bleizirkoniumtitanat, die elektrischen Strom in mechanische Bewegung – also Flügelschläge – umwandeln. Mit intensiven Licht aus Halogenlampen und Leuchtdioden bestrahlt, lieferten die Solarzellen etwa 120 Milliwatt Leistung. Die Elektronik transformierte den Solarstrom in kurze Spannungspulse von etwa 200 Volt, um die Piezomotoren mitsamt den Flügeln anzutreiben. Als Beweis filmten Jafferis und Kollegen den noch extrem kurzen Jungfernflug über wenige Zentimeter mit einer Hochgeschwindigkeitskamera.

Für den Einsatz im natürlichen Sonnenlicht ist Robobee allerdings noch nicht geeignet. Denn das Kunstlicht lieferte eine im Vergleich etwa dreifache Leistungsdichte. Auch verfügte Robobee noch über keine Steuerelektronik, um die Flugbahn kontrollieren zu können. „Aber wir planen nun, Sensoren und Kontrollelektronik zu integrieren“, sagt Jafferis. Auch soll die Effizienz des Flugroboters gesteigert werden, um Flüge im Freien unter natürlichem Sonnenlicht zu ermöglichen. „In Zukunft könnten dann winzige Flugroboter wie Robobee genutzt werden, um mit Sensoren bestückt Umweltbedingungen zu untersuchen“, sagt Jafferis.