„Robo-Bienen“ mit raffiniertem Landesystem

Die Natur als Vorbild: Forscher haben winzige Flug-Roboter entwickelt, die sich an viele Oberflächen anheften können. Auf diese Weise können die Mini-Drohnen während eines Einsatzes zwischendurch Flugpausen einlegen – und sparen dadurch wertvolle Energie. Das Konzept haben sich die Entwickler bei Tieren abgeschaut, wie sie im Fachmagazin „Science“ berichten. Die „Robo-Bienen“ nutzen allerdings nicht Klebelemente oder Krallen wie ihre natürlichen Vorbilder, sondern elektrostatische Kräfte.

Erkundungs- und Rettungsmissionen in Katastrophengebieten, Sicherheits- und Überwachungsdienste, aber auch Alltägliches wie Paket- und Kurierservices: All das gehört zu den Aufgaben, die in Zukunft wahrscheinlich immer häufiger von ferngelenkten oder automatisierten Drohnen erledigt werden.

Doch gerade Mini-Drohnen haben dabei zurzeit noch ein Problem: „Bei vielen Anwendungen müssen die Drohnen für längere Zeit in der Luft bleiben. Leider geht den kleinen Dingern dabei schnell die Energie aus“, sagen Forscher um Moritz Graule von der Harvard University in Cambridge.

Luftballon-Effekt ermöglicht Haftung

Rast auf einer Blüte: Die Natur brachte die Entwickler auf die zündende Idee. © freeimages/ Brandon Keim

Die Wissenschaftler haben sich nun jedoch ein Konzept ausgedacht, das diese Problematik lösen könnte: „Unser Ziel ist es, sie so lange wie möglich flugfähig zu halten, ohne viel zusätzliche Energie zu benötigen“, erklärt Graule die Motivation. Wie so oft in der Robotik fanden er und seine Kollegen Inspiration in der Natur – bei Insekten, Vögeln oder Fledermäusen. Sie können auf vielen unterschiedlichen Objekten landen, um Energie zu sparen und anschließend wieder wegfliegen.

„Die Techniken, die diese Tiere zum Festhalten nutzen, sind allerdings nicht für kleine Flugroboter geeignet, da sie komplizierte Systeme aus beweglichen Teile benötigen oder Kräfte beim Ablösen“, sagen die Wissenschaftler. Aus diesem Grund nutzte das Team eine clevere Alternative: elektrostatische Haftung.

Es handelt sich dabei um den Effekt, der von Luftballons bekannt ist: Reibt man sie an Stoff, lädt sich ihre Oberfläche negativ auf und sie kann beispielsweise Haare anziehen. „Im Fall des Ballons verschwindet die Ladung allerdings mit der Zeit und die Haftkraft somit auch“, sagt Graule. „Bei unserem System wird ständig eine kleine Menge an Energie erzeugt, um die Anziehungskraft zu erhalten.“

Landung auf fast jeder Oberfläche möglich

Diese muss bei der Robo-Biene der Forscher allerdings gar nicht groß sein: Sie wiegt nur etwa 100 Milligramm – ähnlich wie eine echte Biene. Der Halterungsmechanismus am Kopf macht dabei nur 13,4 Milligramm aus. Er besteht aus einer Elektrodenplatte, die auf einer Schaumstoffhalterung sitzt.

Das flexible Material soll verhindern, dass die Robo-Biene bei Landemanövern an Oberflächen abprallt. Sie kann sich dadurch fast an jede Oberfläche anhaften – beispielsweise an Glas, Holz oder sogar Blätter. Zum Lösen wird die Stromversorgung einfach ausgeschaltet und das Techno-Insekt fliegt wieder.

„Robo-Fliege“ in Planung

Angedockt verbraucht die Robo-Biene etwa 1000-mal weniger Energie, als im Schwebeflug, sagen die Forscher. Dies verdeutlicht klar den Vorteil, den die Flugpausen durch das innovative Landekonzept bieten. Bisher ist die Testversion der Robo-Biene zwar noch an feine Stromversorgungskabel angeschlossen. Die Entwickler arbeiten aber momentan an einem leichten Batteriesystem für ihre raffinierten Drohnen.

Wie sie berichten, basteln sie außerdem an weiteren Andocksystemen. Bisher kann sich die Robo-Biene nur an der Unterseite von Überhängen oder an Decken anheften, da ihr elektrostatisches Element auf dem Kopf sitzt. Die Forscher arbeiten deshalb nun auch an seitlichen Systemen, die es dem Techno-Insekt erlauben würden, an einer Wand zu landen. Sie entwickeln demnach offenbar auch eine „Robo-Fliege“. (Science, 2016; doi: 10.1126/science.aaf1092)

(Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences/ Science, 20.05.2016 – DAL)