Statische Elektrizität Mini-Drohne „RoboBee“ landet und hängt an nahezu jeder Oberfläche

Autor: Sebastian Gerstl

Die Vogelperspektive ist in vielen Kameraanwendungen für höhere Übersichtlichkeit beliebt, doch Dauerflug konsumiert viel Energie. Die an der Harvard University entwickelte Kleinstdrohne „RoboBee“ ist in der Lage, ähnlich wie eine Fledermaus oder ein Schmetterling an nahezu beliebigen Oberflächen hängend zwischenzulanden und so Energie zu konservieren.

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"RoboBee" in der Praxis: Die etwa 100mg schweren, Insekten nachempfundenen Flugroboter sind in der Lage, mittels statischer Elektrizität an nahezu jeder Oberfläche zu landen und so auch "hängend" zu haften.
"RoboBee" in der Praxis: Die etwa 100mg schweren, Insekten nachempfundenen Flugroboter sind in der Lage, mittels statischer Elektrizität an nahezu jeder Oberfläche zu landen und so auch "hängend" zu haften.
(Bild: Harvard Microrobotics Lab / Harvard University)

„Viele Anwendungen für kleine Flugdrohnen macht es nötig, dass diese für einen längeren Zeitraum in der Luft bleiben,“ erklärt Moritz Graule, erstgenannter Autor der Studie „Perching and takeoff of a robotic insect on overhangs using switchable electrostatic adhesion“, die diese Woche im Fachmagazin Science der AAAS erschien. „Gerade kleineren Drohnen geht unglücklicherweise schnell der Strom aus. Unser Ziel war, die länger in der Höhe zu halten, ohne dass hierfür mehr Energie notwendig ist.“

Zu diesem Zweck habe man sich von der Natur inspirieren lassen: Vögel und Flugtiere wie Fledermäuse nutzen Krallen, viele Insekten auch Klebstoffe an ihren Gliedern, um zwischenzulanden und im Flug Pausen einzulegen, ohne den Überblick zu verlieren. Eine Ausstattung mit Krallen oder einen Klebemechanismus zu finden, der sich leicht wieder lösen lässt, ist bei einem Kleinstroboter, der mit geringen Kräften oder wenig beweglichen Teilen auskommen muss, nicht praktikabel. Die am Microrobotics Lab der Harvard University entwickelte, Insekten nachempfunden Kleinstdrohne RoboBee setzt daher auf das Prinzip der elektrostatischen Adhäsion: Eine negative Aufladung einer Kontaktfläche des Mini-Flugroboters, der eine Flügelspannweite von etwa 3 cm besitzt, sorgt für Ladungsverschiebungen an der anvisierten Landeoberfläche. Das Prinzip ist vergleichbar mit einem elektrostatisch aufgeladenen Ballon, der an einer Wand haften bleibt; mit dem Unterschied, dass die Kleinstdrohne die Ladung erhalten kann.

Das Fluggerät besitzt eine Elektrodenfläche sowie einen Stoßabsorber aus Schaumstoff. Dieser Mechanismus wiegt etwa 13,4 mg, was das Gesamtgewicht der Kleinstdrohne auf 100 mg bringt – in etwa vergleichbar mit einer lebendigen Biene. Wenn die Elektrodenfläche mit einer Ladung versehen wird, ist der Miniatur-Flugroboter in der Lage, an nahezu jeder Oberfläche – ob Glas, Holz oder Blatt – zu haften, solange die Ladung aufrecht erhalten wird. Um wieder zu starten, wird die Stromversorgung zur Elektrode einfach abgeschaltet. Wie die Forscher ausführen, benötigt die Kleinstdrohne auf diese Weise etwa ein Tausendstel der Energie, die sie für einen vergleichbaren Schwebeflug aufwenden würde.

Die Elektrodenfläche befindet sich derzeit an der Oberseite der Drohne, was es ihr aktuell nur erlaubt, an der Decke bzw. an Überhängen zu landen. Als Nächstes arbeitet das Forschungsteam daran, die Drohne auch in die Lage zu versetzen, etwa seitlich an Wänden zu landen, wie es etwa Insekten wie Schmetterlinge oder Fliegen können. Für die „RoboBee“ sieht das Harvard-Team eine Vielzahl an Möglichen Anwendungsgebieten, die von der Überwachungs- und Kameratechnik bis hin zu Forschungsanwendungen reichen, etwa um Sensoren an Orten anzubringen, die auf regulärem Weg nicht zugänglich sind.

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