Flugroboter schwebt energieeffizient wie ein Greifvogel

In der Natur ist es ein vertrauter Anblick: Turmfalken und andere Greifvögel stehen fast regungslos in der Luft, die Flügel geschickt in den Wind gestellt, und spähen nach Beute. Diese leise und energieeffiziente Art des Stillstehens blieb menschengemachten Flugobjekten bislang verwehrt. Mit einem neuartigen Flugroboter, den Forschende des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme und der Universität Stuttgart entwickelt haben, könnte sich das ändern.

Der etwa schuhkartongroße Roboter namens 'Floaty' verfügt über vier Klappen, die als Flügel dienen. Sie lassen sich je nach Windbedingung und gewünschtem Luftwiderstand unterschiedlich in den Wind stellen. Dadurch kann sich das Fluggerät im Aufwind präzise auf- und abbewegen oder einfach an einer Stelle in der Luft verharren. Die Forschenden stellen den Roboter im Journal npj Robotics vor.

Bislang stellten Fluggeräte stets einen Kompromiss aus Wendigkeit und Energieverbrauch dar. Drohnen mit Propellern sind sehr agil und können in der Luft stehen, verbrauchen dabei aber viel Energie. Flugzeuge oder Drohnen mit starren Flügeln fliegen vergleichsweise energieeffizient, können aber nicht in der Luft stehen. Floaty füllt diese Lücke – zumindest dann, wenn der Wind von unten kommt.

Die vier Klappen sind am oberen Ende des würfelförmigen Gestells montiert, in dem sich Elektronik und Batterie befinden. Außer den Motoren für die Bewegung der Klappen braucht der Flugroboter keinen Antrieb. Damit er während des Schwebens nicht kippt, haben die Forschenden den Schwerpunkt besonders tief gelegt und jede Klappe mit einem speziell angeordneten Knick versehen. Mit zehn Watt pro Kilogramm verbraucht Floaty während des Schwebens ungefähr die gleiche spezifische Energie wie ein Starrflügler – und gegenüber propellerbetriebenen Drohnen sogar eine Größenordnung weniger.

Anwenden ließe sich das Prinzip beispielsweise zur Inspektion von Fabrikschornsteinen, in denen starke Aufwinde herrschen. Eine andere mögliche Anwendung wären Raketen, die mittels solcher Klappen während des Wiedereintritts in die Atmosphäre stabilisiert werden. In weiteren Arbeiten planen die Forschenden, den Roboter um einen aktiven Antrieb zu ergänzen, um ihn auch für seitliche Windbelastung zu ertüchtigen.