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Biorobotik : Roboterbiene übt den Alleinflug

RoboBee: Die vier Flügel haben eine Spannweite von 3,4 Zentimeter und werden von Piezo-Elektromotoren betrieben. Bild: Harvard Microrobotics Laboratory

Das künstliche Insekt „Robobee“ aus Harvard ist ein Akrobat der Lüfte. Es landet sogar auf Blumen und taucht in Wasserbecken ein. Jetzt startet die Mini-Drohne zu ihrem ersten Alleinflug.

          Eine Biene stand Pate für eine rund zwei Zentimeter große und nur knapp 100 Milligramm schwere Drohne, die Wissenschaftler vom Harvard Microrobotics Laboratory in Cambridge entwickelt haben. Das künstliche Insekt, das seine vier Flügel rund 170 Mal pro Sekunde hin und her schlagen kann – echte Bienen schaffen bis zu 200 Schläge pro Sekunde –, ist in der Lage, in der Luft zu verharren oder schnelle Ausweichbewegungen in alle Richtungen auszuführen. Angetrieben wird „RoboBee“, wie man das Vehikel getauft hat, von zwei winzigen Piezomotoren, die als Muskeln dienen.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Seit ihrem Jungfernflug vor sechs Jahren hat RoboBee einige zusätzliche Fähigkeiten erworben. So kann sich die Minidrohne mittlerweile wie ihr natürliches Vorbild auf  Pflanzenblättern oder anderen Gegenständen niederlassen. Sie ist sogar in der Lage, in ein Wasserbecken einzutauchen und sich darin schwimmend fortzubewegen. Allerdings muss der Flugroboter dazu unter möglichst flachem Winkel anfliegen. Kurz vor dem Auftreffen auf die Wasseroberfläche schalten die Forscher die Flügelbewegung ab. Ist RoboBee eingetaucht, werden die Flügel wieder aktiviert, die entsprechend ihrer neuen Umgebung langsamer schlagen.

          Allerdings sind diese Kunststücke bislang nur über eine Fernsteuerung und eine externe Spannungsversorgung möglich. Dazu ist das Objekt die ganze Zeit mit einem dünnen Kabel verbunden gewesen. Nun haben die Forscher um Noah Jafferis den nächsten Schritt gewagt und die Verbindungsleitung gekappt. Damit RoboBee autonom fliegen kann,  müssen  Energieversorgung und Steuerelektronik mit an Bord sein. Für den ersten Alleinflug haben Jafferis und seine Kollegen das Fluggerät deshalb aufgerüstet.

          Ein kurzes Flugvergnügen

          Weil es für die Mini-Drohne noch keine entsprechend kleinen Batterien gibt, wurde sie mit sechs Solarzellen ausgestattet, die an einem Stab drei Zentimeter oberhalb der Flügel sitzen. Unter der Drohne befindet sich die Elektronik: Sie wandelt die  von den Solarzellen erzeugte Gleichspannung in eine Wechselspannung um, mit der die Piezomotoren  betrieben werden. Wird eine Halogen-Lampe an der Decke angeschaltet, hebt die Drohne ab und fliegt in Richtung Lichtquelle, wie die Forscher um Jafferis in der Zeitschrift „Nature“ schreiben.

          Die Flugdauer ist allerdings noch sehr bescheiden. Alles in allem kann RoboBee in ihrer jetzigen Version nur wenige Sekunden lang zielgerichtet fliegen. Dann kommt sie ins Trudeln und stürzt ab. Als Gründe nennen die Forscher das Gewicht, das sich durch die zusätzliche Ausrüstung auf 260 Milligramm mehr als verdoppelt hat, und die nicht sehr aerodynamische Bauweise der sieben Zentimeter langen Drohne. Durch eine leichtere und bessere Konstruktion will man die Flugfähigkeit verbessern. Allerdings ist RoboBee noch nicht für Freilandversuche geeignet. Allein von Sonnenlicht beschienen, liefern die Solarzellen nicht genug elektrische Energie, damit die Drohne abheben kann.

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