80 km/h schnell und doch federweich: Diese Drohne überlebt den Crash

Für gewöhnliche Drohnen ist ein Crash in der Luft Game Over. Nicht für die Flexiquad, eine Entwicklung der ETH Zürich. Die flexible Drohne hat einen weichen Rahmen, der auch im Flug starke Verformungen zulässt.

Bruch mit der traditionellen Bauweise

Die Flexiquad ist ein Bruch mit der traditionellen Bauweise von Quadrocoptern, also von Fluggeräten mit vier Propellerarmen. Üblicherweise sind die Propeller an einem Zentralkörper befestigt. Die Vorteile: Die Drohne ist agil und sie lässt sich präzise steuern. Allerdings nur, solange sie nicht in der Luft mit einem Hindernis kollidiert. In diesem Fall kann die Drohne auseinanderbrechen – und die Mission ein jähes Ende finden.

Die Flexiquad ist demgegenüber mit einem weichen Rahmen ausgestattet, der im unverformten Zustand in etwa ringförmig ist. Der Rahmen „ist nur dort steif, wo Kräfte für den Flug übertragen werden müssen“, schreibt die ETH Zürich.

Statt eines Zentralkörpers… nichts

Wo bei traditionellen Drohnen der Zentralkörper liegt, hat die Flexiquad: nichts. In der Mitte befindet sich ein Loch. Das Designteam hat die Rotoren, die Batterien und das Steuerungsmodul gleichmäßig auf den Rahmen verteilt.

Der Ring lässt sich nach dem Flug öffnen; so kann die Drohne laut ETH Zürich kompakt verstaut werden. Der Prototyp habe in einen mittelgroßen Reisekoffer gepasst. Zum Schließen des Rings ist die Drohne mit Schnellverschlüssen ausgerüstet.

Flugeigenschaften von Vögeln und Insekten abgeschaut

Beim Design der Drohne hat sich das Züricher Team von Vögeln und Insekten inspirieren lassen. „Uns interessierte, welche Steifigkeit deren Flügel besitzen und wie sie diese in unterschiedliche Richtungen biegen, oder eben nicht“, sagt der Drohnenentwickler Luca Girardi. Im Ergebnis sind Verformungen nur seitlich möglich. Vertikal (in der Höhe) ist der Rahmen steifer, damit die Rotoren ihre Leistung auch dann übertragen können, wenn der Rahmen eingeknautscht ist.

Langsam ist die Drohne deshalb nicht, betont der Entwickler. „Unsere Drohne ist sehr agil und kann mit bis zu 80 km/h fliegen. Sie erreicht lineare und Winkelbeschleunigungen, die mit denen starrer Drohnen vergleichbar sind. Weich bedeutet nicht automatisch langsam“, sagt Girardi.

Rahmen absorbiert Crashenergie

In Kollissionstests haben Girardi und sein Team die Drohne mit Relativgeschwindigkeiten von 25 km/h gegen Hindernisse gesteuert, Bäume zum Beispiel. Durch die Verformung dämpft der Rahmen einen Teil des Aufpralls, er absorbiert die Crashenergie.

Die Verformbarkeit könnte außerdem beim Greifen nützlich sein. Die Flexiquad soll auch als Transportdrohne genutzt werden. In Versuchen hat Girardi die Drohne ein Erste-Hilfe-Set greifen und wieder absetzen lassen.

Einsatz durch Rettungskräfte

Girardi und sein Team haben für Flexiquad ein Patent angemeldet. Dieses sieht Einsätze im unübersichtlichen und schwer zugänglichen Terrain vor. Zu den denkbaren Anwendungen zählen

• Such- und Rettungseinsätze in eingestürzten Gebäuden,
• Umweltmessungen in dichten Wäldern,
• die Inspektion von Ballasttanks auf Schiffen
• das Aufspannen von Netzen, um unerwünschte Drohnen einzufangen.

Dieser zuletzt genannte Einsatzbereich erfordert, dass das Netz beim Start im leeren Zentrum der Flexiquad-Drohne aufgehängt ist.

Was die Drohne noch lernen muss

Ehe die Drohne außerhalb des Laborbetriebs fliegen darf, muss sie noch lernen, ihre Umgebung zuverlässig zu erfassen und autonom zu navigieren.

Girardi und sein Team untersuchen derzeit, ob sich die Verformungen der Drohne als Informationsquelle nutzen lassen. Biegungen und Schwingungen des flexiblen Rahmens könnten dann für die Flugsteuerung genutzt werden.