Stoßdämpfer für Roboterfliegen

Seoul (Südkorea) - Der Japanische Nashornkäfer – Allomyrina dichotoma – verfügt über einen ausgeklügelten Aufprallschutz. Kollidiert er im Flug mit Artgenossen oder Ästen, falten sich seine filigranen Origami-artigen Flügel etwas zusammen. Dadurch wird die Wucht eines Stoßes effizient abgefangen. Dieses Prinzip übertrugen nun südkoreanische Entwickler auf eine kleine, bionische Roboterfliege. Diese konnte so nach einer Kollision ohne jeden Schaden weiterfliegen, wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Science“ berichten.

Für ihre Studie beobachteten die beiden Bioniker Hoang Vu Phan und Hoon Cheol Park von der Konkuk Universität in Seoul zuerst das Flugverhalten von acht Japanischen Nashornkäfern im Detail. Vor dem Abflug spreizten die bis zu acht Zentimeter langen Insekten ihre harten Deckflügel – Elytra genannt – ab. Danach entfalteten sich die darunter liegenden, hauchdünnen Flügel innerhalb von zwei Flügelschlägen. Das Entfalten geschah entlang der natürlichen Faltkanten dank der wirkenden Luftströme völlig passiv.

Bei ihren Flügeln im Labor der Forscher stießen die gut einen halben Meter pro Sekunde schnellen Käfer mal mit der Fügelspitze, mal mit der Mitte des Flügels gegen dünne Stäbe eines Hinderniss-Parcour. Nach Stößen an der Flügelmitte stabilisierten die etwas trudelnden Käfer ihren Flug mit Bewegungen der Beine und des jeweils anderen Flügels. Stießen sie jedoch mit der Flügelspitze an ein Hinderniss, faltete sich der Flügel wie ein Stoßdämpfer etwas zusammen. Nur vier Millisekunden später war er wieder entfaltet und ermöglichte nahezu ohne Trudeln einen stabilen Weiterflug.

Das Konzept dieser natürlichen Stoßdämpfer übertrugen Phan und Park auf eine 18 Gramm leichte Roboterfliege mit zwei auf und ab schlagenden Flügeln. Als Ersatz für die Flügeladern, die beim Nashornkäfer die Faltkanten bildeten, nutzten sie feine Drähte aus einer hochelastischen Nickel-Titan-Legierung. Stieß die Roboterfliege beim Flug mit einer Flügelspitze an ein Hinderniss, faltete sich der Flügel entlang der Drähte etwas zusammen. Dadurch ließ sich die Wucht der Kollision wie mit einem Stoßdämpfer um bis zu zwei Drittel reduzieren. Die dabei im elastischen Draht gespeicherte Verformungsenergie sorgte nach der Kollision wieder für ein schnelles Entfalten des Flügels.

Diese Analysen und Versuche zeigten, dass verformbare Flügel als effiziente, passive Stoßdämpfer dienen und nach kurzem Trudeln einen stabilen Weiterflug ermöglichen. Allerdings reduziert sich mit flexibel faltbaren Flügeln die Flugleistung etwas im Vergleich zu starren Flügeln. Doch dieser kleine Nachteil wird nach Meinung der Forscher durch ein geringeres Schadensrisiko und einen stabileren Flug aufgewogen.