“Bei vielen Anwendungen müssen Mini-Drohnen für längere Zeit in der Luft bleiben. Leider geht den kleinen Dingern dabei schnell die Energie aus”, sagt Moritz Graule von der Harvard University in Cambridge. “Unser Ziel ist es, sie so lange wie möglich flugfähig zu halten, ohne viel zusätzliche Energie zu benötigen”, erklärt der Forscher die Motivation hinter der neuen Entwicklung. Wie so oft in der Robotik fanden er und seine Kollegen Inspiration in der Natur – bei Insekten, Vögeln oder Fledermäusen. Sie können auf vielen unterschiedlichen Objekten landen, um Energie zu sparen und anschließend wieder wegfliegen.
Elektrostatisches Element auf dem Kopf
“Die Techniken, die diese Tiere zum Festhalten nutzen, sind allerdings nicht für kleine Flugroboter geeignet, da sie komplizierte Systeme aus beweglichen Teile benötigen oder Kräfte beim Ablösen”, sagt Co-Autor Kevin Ma. Aus diesem Grund nutzte das Team eine clevere Alternative: elektrostatische Haftung. Es handelt sich dabei um den Effekt, der von Luftballons bekannt ist: Reibt man sie an Stoff, lädt sich ihre Oberfläche negativ auf und sie kann beispielsweise Haare anziehen. “Im Fall des Ballons verschwindet die Ladung allerdings mit der Zeit und die Haftkraft somit auch”, sagte Graule. “Bei unserem System wird ständig eine kleine Menge an Energie erzeugt, um die Anziehungskraft zu erhalten.”
Diese muss bei der Robo-Biene der Forscher allerdings gar nicht groß sein: Sie wiegt nur etwa 100 Milligramm – ähnlich wie eine echte Biene. Der Halterungsmechanismus am Kopf macht dabei nur 13,4 Milligramm aus. Er besteht aus einer Elektrodenplatte, die auf einer Schaumstoffhalterung sitzt. Das flexible Material soll verhindern, dass die Robo-Biene bei Landemanövern an Oberflächen abprallt. Sie kann sich dadurch fast an jede Oberfläche anhaften – beispielsweise an Glas, Holz oder sogar Blätter. Zum Lösen wird die Stromversorgung einfach ausgeschaltet und das Techno-Insekt fliegt wieder.
“Robo-Fliege” in Planung
Angedockt verbraucht die Robo-Biene etwa 1000-mal weniger Energie, als im Schwebeflug, sagen die Forscher. Dies verdeutlicht klar den Vorteil, den die Flugpausen durch das innovative Landekonzept bieten. Bisher ist die Testversion der Robo-Biene zwar noch an feine Stromversorgungskabel angeschlossen. Die Entwickler arbeiten aber momentan an einem leichten Batteriesystem für ihre raffinierten Drohnen.
Wie sie berichten, basteln sie außerdem an weiteren Andocksystemen. Bisher kann sich die Robo-Biene nur an der Unterseite von Überhängen oder an Decken anheften, da ihr elektrostatisches Element auf dem Kopf sitzt. Die Forscher arbeiten deshalb nun auch an seitlichen Systemen, die es dem Techno-Insekt erlauben würden, an einer Wand zu landen. Sie entwickeln demnach offenbar auch eine “Robo-Fliege”.
Video: Dieses Video veranschaulicht das Konzept der Robo-Biene. Credit: Science/AAAS
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