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Flugtechnik : Schmetterlinge im Windkanal

Es klingt wie aus einem Science-fiction-Film: Roboter, kaum größer als Libellen, spionieren unerkannt in Hauseingängen und finsteren Straßenecken nach verdächtigen Personen.

          Es klingt wie aus einem Science-fiction-Film: Roboter, kaum größer als Libellen, spionieren unerkannt in Hauseingängen und finsteren Straßenecken nach verdächtigen Personen. Ihre Facettenaugen sind scharfe Minikameras, denen nichts entgeht. Was nach ferner Zukunft klingt, versuchen einige Ingenieure bereits in ihren Labors zu bauen, allerdings zu einem ganz anderen Zweck - zumindest vorläufig.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Ihr Ziel sind kleine Flugmaschinen, die die Größe und die Wendigkeit von Insekten besitzen. Doch davon ist man noch weit entfernt. Denn selbst den Biologen und Bionikern geben die Flugkünste der Insekten nach wie vor viele Rätsel auf. Zwei Forscher von der University of Oxford haben den Flügelschlag von frei fliegenden Schmetterlingen jetzt in einem Windkanal untersucht und dabei neue Erkenntnisse gewonnen.

          Schaut man den Robotern bei ihren unbeholfenen Flugübungen zu, fühlt man sich an die ersten Versuche der Gebrüder Wright erinnert, denn mit den Flugkünsten von Libellen oder Schmetterlingen haben die Bemühungen der Maschinen nur wenig gemein. Kürzlich haben Forscher von der Firma Aero-Vironment in Kalifornien eine Maschine zum Leben erweckt, die immerhin schon den Flügelschlag von Fledermäusen ansatzweise imitiert und sich in die Lüfte erheben kann. Der zwanzig Zentimeter große "Microbat" ist mit einem ultraleichten Motor ausgerüstet. Sein filigranes Skelett besteht aus Kohlefaser, die zarten Flügel und der Schwanz aus dünnen Polyethylenfilmen. Das große Manko von Microbat: Wird er von einem Windstoß erfaßt, gerät er ins Trudeln und stürzt ab.

          Von der Manövrierfähigkeit der Insekten sind dieser Flugapparat und seine Artgenossen noch weit entfernt. Das ist nicht verwunderlich, denn schließlich haben die Insekten, deren Hirne nur einige tausend Neuronen besitzen, in etwa 300 Millionen Jahren Entwicklungsgeschichte das Fliegen perfektioniert. Manche können rückwärts oder seitwärts fliegen und sogar in der Luft stillstehen. Mit "angeleinten" Faltern und Fliegen hat man in der Vergangenheit versucht, dem Flügelschlag der Tiere auf die Schliche zu kommen. Bisweilen ein schwieriges Unterfangen. Deshalb sperrten Robert Srygley und Adrian Thomas einige Exemplare des Roten Admirals (Vanessa atalanta) in einen Windkanal ein und ließen die Tiere darin frei umherfliegen. Um die fremde Umgebung so natürlich wie möglich zu gestalten, haben sie den Kanal mit künstlichen Blumen ausgestattet.

          Nach einiger Zeit schienen sich die Tiere tatsächlich an ihren neuen Lebensraum gewöhnt zu haben. Als die Schmetterlinge von Blume zu Blume flogen, ließen die Forscher für die Tiere ungefährlichen Rauch einströmen, der die Bewegung der Luft um die Insekten herum sichtbar machte. Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera hielten sie die entstehenden Luftwirbel und Turbulenzen entlang der Schwingen fest. Die Auswertung der Filmsequenzen zeigte, daß das Flattern der Schmetterlingsflügel ganz und gar nicht ziellos und unberechenbar ist, wie es dem flüchtigen Betrachter oft erscheint. Die Tiere beherrschen ein großes Repertoire aerodynamischer Fähigkeiten, wie Srygley und Thomas in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift "Nature" (Bd. 420, S. 660) berichten.

          Die beiden Forscher konnten außer den bekannten Techniken - etwa das Zusammenklatschen und Auseinanderreißen der Flügel - weitere bislang unbekannte Variationen identifizieren, wie die Schmetterlinge ihre Flügel schlagen oder drehen. Dabei wechseln die Insekten mühelos von einer in die andere Technik, "ganz ähnlich wie Pferde vom Schreiten zum Trab in den Galopp übergehen", sagt Adrian Thomas. Die Tiere flattern zuweilen so sanft, daß sich dabei kaum Turbulenzen bilden. Im nächsten Moment können sie so heftig mit den Schwingen schlagen, daß sie von den dabei entstehenden Wirbeln einen zusätzlichen Auftrieb erhalten.

          Die Ergebnisse liefern nicht nur wichtige Erkenntnisse für Biologen. Sie beflügeln auch Ingenieure zu leistungsfähigeren Flugrobotern im Miniaturformat. Nach Ansicht von Srygley und Thomas sollte es in wenigen Jahren durchaus möglich sein, insektenähnliche Maschinen zu bauen, die nur noch rund zehn Zentimeter groß sind und den Flugkünsten ihrer lebenden Vorbilder schon recht nahe kommen. Längst haben schon Militärs - vor allem in den Vereinigten Staaten - ein Auge auf die künstlichen Flugobjekte geworfen. Denn die kleinen Roboterinsekten bleiben für Augen und Ohren unbemerkt, wenn sie, hundert Meter über dem Boden fliegend, hinter den feindlichen Linien den Gegner ausspionieren.

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