Minidrohne 12.11.2019, 10:30 Uhr

Unfallfrei durch die Luft: Robo Bee hebt ab

Die Roboter-Bienen Robo Bees der Harvard-Universität sind Minidrohnen, die jetzt erstmals erfolgreich durch die Lüfte schwebten. Die Mini-Flieger wurden vor einigen Jahren bereits mit Laser-Augen ausgestattet. Was die kleinen Drohnen noch zum Abheben brauchen, lesen Sie hier.

Minidrohnen Robo Bees

Sie fliegt wie ein Insekt: Die winzige Roboter-Biene der Harvard-Universität hebt mit 120 Flügelschlägen pro Sekunde ab.

Foto: Harvard Universität

Sie sollen durch schwieriges Gelände fliegen und bei Rettungseinsätzen, Personensuchen und sogar bei der Blütenbestäubung helfen. Die kleinen Flugroboter Robo Bee sind federleicht und wiegen nur 80 Milligramm. Ihre Flügel schlagen 120 Mal pro Sekunde und damit fast so schnell wie die ihrer Vorbilder in der Natur. Nun sind sie zum ersten Mal erfolgreich abgehoben. Für den Antrieb setzen die Forscher der Harvard School of Engineering auf weiche Akuatoren. Dadurch soll verhindert werden, dass Teile der Drohne bei einem harten Aufprall zerstört werden. Robo Bee fliegt also mit einer Art weichem, künstlichem Muskel. Diese Bauweise ist besonders sicher und hält selbst harten Crashs stand. „Auf dem Gebiet der Mikrorobotik gibt es große Anstrengungen, mobile Roboter mit weichem Antrieb herzustellen, da diese so belastbar sind“, fasst Yufeng Chen die Herausforderung zusammen. Der Forscher räumt ein, dass vorab viele Experten skeptisch waren, ob weiche Akuatoren für Drohnen geeignet sind. „Unser Antrieb hat ausreichend Leistungsdichte und Kontrollierbarkeit, um den Schwebeflug zu ermöglichen“, sagt Chen.

Roboter-Bienen 2012 erfunden

Wissenschaftler der Harvard-Universität in Cambridge (Massachusetts) haben die Roboter-Bienen 2012 entwickelt. Sie haben mit den kleinen „Bienen“ neue Maßstäbe in der Mikrofabrikationstechnik gesetzt: Sämtliche Bauteile mussten die Ingenieure selbst entwickeln, so klein sind sie.

Nachdem sie fliegen und landen konnten, haben sie gelernt, einen bestimmten vorprogrammierten Weg zu fliegen. Und sie können sogar schwimmen. Die Augen stellten lange Zeit eine Herausforderung dar, denn die Maschinen-Flieger konnten zunächst keine Hindernisse erkennen. Und da sie nicht auswichen, flogen sie einfach gegen Wände und sämtliche andere Hindernisse.

Dank des neuen Baus können die Minidrohnen Kollisionen mit Hindernissen wahrnehmen und nicht nur das, sie sind sogar resistent dagegen geworden. Dafür sind die Robo Bees massearmer und kleiner konstruiert. „Ein Vorteil kleiner, massearmer Roboter ist ihre Beständigkeit gegenüber Stößen“, erklärt Projektmitarbeiterin Elizabeth Farrell Helbling.

Elektrodenfähigkeit stark verbessert

Für den Erstflug erhielten die Drohnen Akuatoren aus dielektrischen Elastomeren, die sich verformen, sofern ein elektrisches Feld angelegt ist. Die Elektrodenfähigkeit arbeitet mit 500 Hertz, eine starke Verbesserung zu den Vorgängern. Angelehnt ist diese Konstruktion an Robotern, die auch aus harten Bauteilen bestehen. Des Weiteren tüftelten die Forscher in Harvard daran, Robo Bee stabil zu machen, um das Verbiegen beim Antrieb zu verhindern.

Lidar-Technologie für Robo Bees Augen

Ingenieur-Kollegen der Universitäten Buffalo und Florida haben sich des Problems der „blinden“ Augen der Drohne angenommen. Sie statteten die winzigen Flugkörper mit laser-basiertem Radar aus. Die „Augen“ bedienen sich somit der LiDAR-Technologie: Radar-Strahlen tasten die Umgebungen ab, Algorithmen errechnen daraus ein Raumbild. Die Roboter-Biene kann dann Hindernisse erkennen, Wände, Entfernungen, andere Flugobjekte.

Sogar kleinste Partikel in der Luft können gemessen werden. All dies geschieht in einer enormen Geschwindigkeit: „Mit LiDAR lässt sich gewissermaßen das Echo eines Lichtimpulses messen. Die große Herausforderung liegt in der enormen Geschwindigkeit, mit der der Raum vermessen werden muss“, erklärt Sanjeev Koppal von der Universität Florida.

„Wir verwenden im Grunde dieselbe Technik, die Autohersteller einsetzen, um ihre fahrerlosen Vehikel nicht überall hineinfahren zu lassen. Der Unterschied ist nur, dass wir diese Technologie auf eine winzige Größe schrumpfen müssen, damit sie auf den Robo Bees funktioniert“, sagt Projektmitarbeiter Karthik Dantu von der Universität Buffalo gegenüber „LiveScience“.

Hohe Widerstandsfähigkeit nützt bei Suchmissionen

Harvards Minidrohnen sind extrem widerstandsfähig geworden. Sie halten es nun problemlos aus, wenn sie gegen eine Wand fliegen oder mit einer anderen Drohne kollidieren. Das macht die Robo Bees zu einem perfekten Instrument für Such- und Rettungsflüge. Allerdings gibt es noch Nachholbedarf in Sachen Effizienz. Gegenüber klassischen Drohnen hängt die Roboter-Biene mit weichem Antrieb noch hinterher. Es gibt also noch einiges für die Forscher zu tun, um eine wirklich leistungsstarke Minidrohne mit künstlichen Muskeln auf den Markt zu bringen.

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