Der Flug der Insekten ist eine Meisterleistung der Natur. Denn Fliegen, Libellen und selbst die pummeligen Hummeln müssen bei ihrem Flug durch die Lüfte enorme physikalische Hürden überwinden. Bei ihrer geringen Größe kommt unter anderem der Luftwiderstand stärker zum Tragen und es ist schwerer, genügend Auftrieb zu erzeugen. Als Folge benötigen die Miniflieger im Verhältnis deutlich mehr Energie für ihren Flug als größere Lebewesen. Ähnliches gilt auch für technische Fluggeräte: Schon normalgroße Freizeitdrohnen
können mit einer Akkuladung nur begrenzte Zeit in der Luft bleiben. Werden die Fluggeräte jedoch kleiner und leichter, gibt es kaum mehr Akkus, die leicht genug sind, um von diesen Minidrohnen getragen werden zu können. Die bisher kleinsten Quadrocopter wiegen rund zehn Gramm und haben eine Flügelspannweite von rund fünf Zentimetern, wie Noah Jafferis von der Harvard University und sein Team berichten.
Klein und leicht wie ein Insekt
Will man insektengroße Flugroboter entwickeln, muss man daher eine Lösung für den Energiehunger der Vehikel finden. “Bei Massen von weniger als 500 Milligramm und Flügelspannweiten von weniger als fünf Zentimetern wird der Energiebedarf zu einem unüberwindlichen Hindernis für den kabellosen Flug”, erklären die Forscher. “Solche Vehikel müssen daher bislang über Kabel mit einer externen Stromversorgung verbunden werden.” Nun jedoch haben Jafferis und sein Team einen Flugroboter konstruiert, der dieses Hindernis überwindet. Ihr “RoboBee X-Wing” getauftes Minivehikel wiegt gerade einmal 256 Milligramm und hat eine Flügelspannweite von 3,5 Zentimetern. Es ist damit kaum größer und schwerer als ein größeres Insekt. Für den Auftrieb sorgen vier Flügel aus einer dünnen, transparenten Folie. Nachdem ein Vorgängermodell mit zwei Flügeln sich als nicht sonderlich effektiv erwies, haben die Forscher auf vier Flügel aufgestockt.
(Video: Nature)
Der Clou dabei: Die Roboterbiene ist kein Minihubschrauber mit normalen Rotoren, sondern sie schlägt mit ihren Flügeln wie ein Insekt. Diese Flugtechnik macht das Minivehikel leiser, wendiger und effizienter als klassische Rotor-Flugroboter. Als Folge benötigt die RoboBee nur rund 120 Milliwatt, um durch die Luft zu fliegen oder auf der Stelle zu schweben, wie die Forscher berichten. “Der Wechsel von zwei auf vier Flügel, zusammen mit weniger sichtbaren Veränderungen am Aktuator und der Übersetzung haben das Vehikel effizienter gemacht, ihm mehr Auftrieb verliehen und es uns erlaubt, alle nötigen Bauteile zu integrieren, ohne dass wir mehr Strom benötigen”, erklärt Jafferis.
