Flügelschlag statt Rotoren Neuartige Drohne fliegt und taucht wie ein Seevogel

Es gibt zahlreiche Seevögel, die sowohl in der Luft fliegen als auch hervorragend unter Wasser tauchen können, um Fische zu erjagen. Ingenieure des MIT und der EPFL in Lausanne haben sich diese jetzt zum Vorbild genommen für einen biomechanischen Roboter (bzw. Drohne), der das auch kann. Anders als die weitverbreitete Form von Drohnen, nämlich Quadcopter, nutzt dieses Konzept aber wie die tierischen Vorbilder bewegliche Flügel anstatt von Rotoren. Wie diese kann die neuartige Drohne sich unter Wasser fortbewegen und mit Flügelschlägen dann auch aus dem Wasser in die Luft starten.

Getauft wurde das weniger als 300 Gramm wiegende erste Modell dieses neuen Typs „flapping-wing aerial-aquatic vehicle“, kurz FAAV, statt des für Flugdrohnen verwendeten Kürzels UAV (unmanned aerial vehicle). Grob ähnlich einem Vogel besteht es aus einem zentralen Körper, zwei Flügeln und einem steuerbaren Schwanz – letztere beide können ausgetauscht werden, um den Einfluss verschiedener Formen und Flügelschlagfrequenzen auf das Flug-, Tauch- und Wasserstartverhalten auszuprobieren.

Im Körper sitzt eine Batterie und ein Elektromotor, der die Flügel auf- und abbewegt. Die Flügel sind aus einer dünnen wasserabweisenden Membran gefertigt. Zudem kann der Neigungswinkel des Schwanzes geändert werden, um hochzufliegen oder abzutauchen. Durch die richtige Kombination von Flügellänge und Flügelschlagfrequenz erreichte das FAAV eine Geschwindigkeit von unter Wasser 1 m/s und in der Luft bis zu 6 m/s. Die Forscher waren selbst erstaunt, dass das FAAV Wasserstarts – anders als viele Vögel – auch ohne Schwimmfüße bewerkstelligen konnte, nur mit Flügelschlag.

Das Modell soll bei Experimenten verwendet werden um zu verstehen, wie Seevögel wie etwa Seetaucher, Möwen, Papageientaucher und Sturmvögel es bewerkstelligen, ihre Flügel sowohl in der Luft als auch unter Wasser in einem tausendfach dichteren Medium einsetzen. Forscher träumen schon davon, eine ganze noch zu schaffende Generation von FAAVs für die Erkundung der Ozeane einzusetzen, in Gegenden, die für herkömmliche Drohnen bisher unzugänglich bzw. zu gefährlich waren.

Raphael Zufferey, Assistenzprofessor für Maschinenbau am MIT und Schöpfer des FAAVs:

„Unsere Traumvorstellung ist, dass Ozeanografen, Meeresbiologen und Mitglieder von Küstengemeinden diesen Roboter von einem Boot oder vom Ufer aus starten können und er nahe an das interessierende Gebiet fliegt, etwa zu einem Eisberg, einer Hafenanlage oder über eine Walschule hinweg. Er würde ins Wasser eintauchen, um eine Messung vorzunehmen oder eine Probe zu entnehmen, und anschließend zurückfliegen, um die Daten zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Methoden zu liefern.“

https://web.mit.edu/files/images/202607/MIT-flapping-robot-SL.mp4

In Zukunft soll mit dem Design der Flügel noch weiter experimentiert werden, neue Bewegungsmuster sollen ausprobiert und das Verhalten bei starken Strömungen untersucht werden. Ein FAAV in Form einer käuflichen Vogeldrohne für gewöhnliche Anwender ist zwar noch Zukunftsmusik, rückt aber durch die erfolgreichen Experimente in greifbare Nähe.