Roboter fliegt mit echten Taubenfedern

| Autor / Redakteur: dpa / Julia Schmidt

Taube im Anflug: Amerikanische Forscher untersuchten zunächst Flügel toter Tauben genau und versuchten dann, sie so gut wie möglich nachzubauen.
Taube im Anflug: Amerikanische Forscher untersuchten zunächst Flügel toter Tauben genau und versuchten dann, sie so gut wie möglich nachzubauen. (Bild: Sebastian Gollnow/dpa)

Durch die Lüfte gleiten wie eine Taube. Das kann auch ein Roboter, wenn sich deren Erbauer viel von den Vögeln abgeschaut haben.

Einen Flugroboter mit echten Taubenfedern haben amerikanische Forscher entwickelt. Es gelang ihnen sogar, das Fluggerät namens PigeonBot mit Hilfe von künstlichen Gelenken zu steuern. Die Forscher kombinierten dabei geschickt biologische Untersuchungen und Ingenieurswissen. Die zwei Studien eines Teams um David Lentink von der Stanford University in Stanford (Kalifornien) sind in den Fachmagazinen „Science Robotics“ und „Science“ erschienen.

Als promovierter Biologe mit einem Ingenieurstudium versuchte Lentink, insbesondere die Steuerung des Gleitflugs durch Tauben auf ein Fluggerät zu übertragen. Das Team untersuchte dazu zunächst Flügel toter Tauben genau und versuchte dann, sie so gut wie möglich nachzubauen. Biologen betrachten die Vogelflügel als eine Art Hand und sprechen daher auch von Handgelenk und Fingern.

Die Federschäfte sind mechanisch miteinander verbunden

Die Wissenschaftler fanden anhand der Flügel der Tauben und ihrer Modellierung im Computer unter anderem heraus, dass die Winkel von nur zwei Gelenken 97 Prozent der gesamten Flügelform erklären können: das sogenannte Handgelenk und das Gelenk des Fingers, mit dem die äußeren Flügelfedern verbunden sind. Dabei wird nicht jede Feder einzeln von den Tauben gesteuert, vielmehr sind die Federschäfte mechanisch miteinander verbunden. Im PigeonBot übernehmen elastische Bänder zwischen den Federn diese Aufgabe.

PigeonBot hat neben einem Rumpf aus Hartschaumbrettern etwas Elektronik an Bord (GPS, Fernsteuerung, Motor mit Propeller, Aktuatoren für die Gelenke). An den Flügeln sind insgesamt 40 Flugfedern von Tauben befestigt. Wenn im Flug Hand und Finger eines Flügels zum Körper hin bewegt werden, dann fliegt PigeonBot eine Kurve in die Richtung dieses Flügels, „wobei das Handgelenk eine grobe Kontrolle und der Finger die Feinsteuerung ermöglicht“, schreiben die Forscher.

„Unglaublich weich, leicht und robust“

Echte Taubenfedern hätten viele Vorteile, schreiben die Forscher. Sie seien „unglaublich weich, leicht und robust“. Außerdem böten sie stabile elastische Reaktionen auf unterschiedliche aerodynamische Belastungen. Hinzu kommt ein weiteres Phänomen, das Lentink und Kollegen in der „Science“-Studie genauer untersuchten: Wenn benachbarte Flugfedern übereinander gleiten, dann steigt ab einem bestimmten Winkel der Widerstand um das Zehnfache.

Bei der Untersuchung mit verschiedenen mikroskopischen Methoden bemerkten die Forscher: Tausende von Flimmerhärchen auf den unten liegenden Federn verhaken sich in kleinen Ästen aus oben liegenden Federn. Das verhindert beim Spreizen der Flügel das Entstehen von Lücken in der Flügelfläche. Wenn der Flügel zum Körper hin gezogen wird, lösen sich die verhakten Flimmerhärchen mit einem Geräusch wie beim Lösen eines Klettverschlusses. Bei Vögeln wie der Schleiereule, die sehr leise fliegen, fanden die Forscher diesen Mechanismus nicht. (dpa)

Originalpublikation:

Abstract der Studie in Science Robotics nach Ablauf der Sperrfrist; DOI 10.1126/scirobotics.aay1246

Abstract der Studie in Science nach Ablauf der Sperrfrist; DOI 10.1126/science.aaz3358

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