Mechanische Minispione und schwebende Sensoren
Beim Thema Roboter denkt man an sprechende Blechonkel Marke „Star Wars“, die auf zwei Metallstelzen ungelenk durch die Gegend staksen und immer wieder ruckartig Kopf und Arme hin- und herschütteln. Doch längst haben Miniaturisierung und Mikrotechnologie auch bei den Roboter-Konstrukteuren Einzug gehalten. Einige dieser Winzlinge können – nach dem Vorbild von Libellen und Käfern – sogar fliegen.
Es ist eine Art Mini-UFO, das da durch den Hof schwirrt, kaum größer als ein Frühstücksteller. Das Ding fliegt auf einen Passanten zu, verharrt seelenruhig vor seinem Kopf und richtet eine Kamera auf ihn. Der Mann ist sichtlich verblüfft – und Michael Achtelik freut sich über seinen Streich. Der Forscher der Technischen Universität München steht am anderen Ende des Hofs, in der Hand eine Fernsteuerung. Damit dirigiert er den fliegenden Spion – eine Art Modellhubschrauber, Quadrocopter genannt.
„Ein Quadrocopter ist ein Fluggerät mit vier Rotoren und wird gesteuert über die Drehzahl der Rotoren. Und wir arbeiten daran, den möglichst stabil zum Fliegen bringen.“
Angetrieben wird das Fluggerät von Elektromotoren mit Lithiumakku. Ein winziger Chip an Bord erfasst die Daten diverser Sensoren und steuert die Drehzahl der vier Rotoren.
„Es ist wesentlich robuster als ein Hubschrauber. Man kann das Gerät in der Luft antappen. Es stabilisiert sich selber.“
Eine nette Spielerei fürs Kinderzimmer? Nein, meint Achtelik. Der Quadrocopter verspricht handfesten Nutzen.
„Luftaufnahmen, Beobachtungen aus der Luft. Gebäude aufnehmen, Fotos zu machen, wenn was inspiziert werden muss. Bis hin zur Walforschung: Da haben wir eine Anfrage, Wale mit einem Quadrocopter zu beobachten.“
Der Quadrocopter ist nur ein Beispiel für einen neuen Trend in der Robotik – die Konstruktion winziger, intelligenter und zugleich billiger Flugmaschinen. Mittlerweile nämlich ist die Mikrotechnik soweit, dass sich die Ingenieure an die Konstruktion von Flugrobotern wagen, die kaum größer sind als Libellen oder Stubenfliegen.
Die Vision: In Zukunft sollen diese synthetischen Insekten autonom durch die Lüfte schwirren und nützliche Aufgaben verrichten: zum Beispiel Überlebende in Katastrophengebieten aufspüren, nach Umweltgiften fahnden, Fabriken und Kraftwerke überwachen – oder als winzige Spione in den Dienst von Polizei und Militär treten. Auch David Lentink von der Universität Delft arbeitet an so einem Roboterinsekt.
„Unser Fluggerät ist extrem einfach zu steuern. Selbst ein untrainierter Pilot wie ich beherrscht das im Nu. Außerdem kann es schweben und kann senkrecht starten und landen.“
Delfly ist eine künstliche Libelle und imitiert eines der wichtigsten Merkmale des Insektenflugs – das Schlagen mit den Flügeln. Für Roboterexperten eine hochinteressante Sache: Denn will man wirklich kleine Flugroboter bauen, kommt man mit Propellern oder Hubschrauberrotoren nicht weiter – die Aerodynamik spielt einfach nicht mehr mit. Anders beim Flügelschlagen: Damit können sich selbst Winzlinge in der Luft halten, zum Beispiel Moskitos.
„Wie eine Libelle besitzt Delfly zwei Flügelpaare. Sie schlagen 14 Mal pro Sekunde. Die Flügel sind mit einer Spezialfolie bespannt, gehalten von dünnen Kohlefaserstäben. Sie werden von einem kleinen Elektromotor angetrieben. Die Batterie reicht für 15 Minuten Flugzeit, und zwar mit einer Kamera an Bord.“
Noch aber steckt die Forschung in den Anfängen: Die meisten Prototypen fliegen ziemlich torkelnd und unsicher, stets am Rande einer Bruchlandung. Pioniermaschinen, die an die ersten plumpen Fluggeräte von Otto Lilienthal und der Gebrüder Wright erinnern.
Aber die Winzlinge haben Potenzial. Die Forscher lernen schnell vom Vorbild Natur. Sie schauen sich mehr und mehr Tricks von den Insekten ab – und zwar nicht nur deren Flügelschlagen und Gleiten, sondern auch die Wahrnehmung: So entwickeln Forscher der ETH Zürich einen Kamerachip, dessen Funktionsweise dem des Fliegenhirns nachempfunden ist und der helfen soll, dass sich Roboterinsekten eines Tages autonom und ohne Fernsteuerung durch Gegend navigieren können.
Eine andere Sorte von Insekten hat sich Mirko Kovac von der ETH Lausanne zum Vorbild genommen.
„Die Heuschrecken, zum Beispiel die Desert Locust."“
Der Forscher arbeitet an einem Roboter, der in die Höhe springt, seine Flügel entfaltet und viele Meter weit gleitet – wie eben die Wüstenheuschrecke.
„"Das hat zwei Vorteile: Es ist sehr simpel, und man kann sich mit sehr wenig Energie in der Luft fortbewegen.“
Mirko Kovac hat bereits einen Sprungroboter entwickelt: Ein winziger Motor spannt über ein Getriebe eine Feder. In einem Schwung katapultiert sie das Maschinchen nach oben.
„"Ein Springmechanismus, der das gleiche Prinzip anwendet wie die Heuschrecken. Er ist etwa fünf Zentimeter groß, wiegt fünf Gramm und springt etwa 1,40 Meter hoch.“
Oben angekommen muss die Roboterschrecke dann möglichst schnell ihre Flügel entfalten. Dazu zieht ein Draht die Flügel zusammen und faltet sie wieder auf. Aus Sprungmechanismus und Faltflügel will Mirko Kovac nun einen Gleitroboter bauen – nicht größer als eine Papierschwalbe und maximal zehn Gramm schwer.
Anwendung finden könnte das Konzept eines Tages bei mobilen Umweltsensoren, für die Suche nach Lawinen- und Erdbebenopfern – oder als neue Art von Landefähre für die Erforschung des Mars und anderer Planeten.
„Ein Quadrocopter ist ein Fluggerät mit vier Rotoren und wird gesteuert über die Drehzahl der Rotoren. Und wir arbeiten daran, den möglichst stabil zum Fliegen bringen.“
Angetrieben wird das Fluggerät von Elektromotoren mit Lithiumakku. Ein winziger Chip an Bord erfasst die Daten diverser Sensoren und steuert die Drehzahl der vier Rotoren.
„Es ist wesentlich robuster als ein Hubschrauber. Man kann das Gerät in der Luft antappen. Es stabilisiert sich selber.“
Eine nette Spielerei fürs Kinderzimmer? Nein, meint Achtelik. Der Quadrocopter verspricht handfesten Nutzen.
„Luftaufnahmen, Beobachtungen aus der Luft. Gebäude aufnehmen, Fotos zu machen, wenn was inspiziert werden muss. Bis hin zur Walforschung: Da haben wir eine Anfrage, Wale mit einem Quadrocopter zu beobachten.“
Der Quadrocopter ist nur ein Beispiel für einen neuen Trend in der Robotik – die Konstruktion winziger, intelligenter und zugleich billiger Flugmaschinen. Mittlerweile nämlich ist die Mikrotechnik soweit, dass sich die Ingenieure an die Konstruktion von Flugrobotern wagen, die kaum größer sind als Libellen oder Stubenfliegen.
Die Vision: In Zukunft sollen diese synthetischen Insekten autonom durch die Lüfte schwirren und nützliche Aufgaben verrichten: zum Beispiel Überlebende in Katastrophengebieten aufspüren, nach Umweltgiften fahnden, Fabriken und Kraftwerke überwachen – oder als winzige Spione in den Dienst von Polizei und Militär treten. Auch David Lentink von der Universität Delft arbeitet an so einem Roboterinsekt.
„Unser Fluggerät ist extrem einfach zu steuern. Selbst ein untrainierter Pilot wie ich beherrscht das im Nu. Außerdem kann es schweben und kann senkrecht starten und landen.“
Delfly ist eine künstliche Libelle und imitiert eines der wichtigsten Merkmale des Insektenflugs – das Schlagen mit den Flügeln. Für Roboterexperten eine hochinteressante Sache: Denn will man wirklich kleine Flugroboter bauen, kommt man mit Propellern oder Hubschrauberrotoren nicht weiter – die Aerodynamik spielt einfach nicht mehr mit. Anders beim Flügelschlagen: Damit können sich selbst Winzlinge in der Luft halten, zum Beispiel Moskitos.
„Wie eine Libelle besitzt Delfly zwei Flügelpaare. Sie schlagen 14 Mal pro Sekunde. Die Flügel sind mit einer Spezialfolie bespannt, gehalten von dünnen Kohlefaserstäben. Sie werden von einem kleinen Elektromotor angetrieben. Die Batterie reicht für 15 Minuten Flugzeit, und zwar mit einer Kamera an Bord.“
Noch aber steckt die Forschung in den Anfängen: Die meisten Prototypen fliegen ziemlich torkelnd und unsicher, stets am Rande einer Bruchlandung. Pioniermaschinen, die an die ersten plumpen Fluggeräte von Otto Lilienthal und der Gebrüder Wright erinnern.
Aber die Winzlinge haben Potenzial. Die Forscher lernen schnell vom Vorbild Natur. Sie schauen sich mehr und mehr Tricks von den Insekten ab – und zwar nicht nur deren Flügelschlagen und Gleiten, sondern auch die Wahrnehmung: So entwickeln Forscher der ETH Zürich einen Kamerachip, dessen Funktionsweise dem des Fliegenhirns nachempfunden ist und der helfen soll, dass sich Roboterinsekten eines Tages autonom und ohne Fernsteuerung durch Gegend navigieren können.
Eine andere Sorte von Insekten hat sich Mirko Kovac von der ETH Lausanne zum Vorbild genommen.
„Die Heuschrecken, zum Beispiel die Desert Locust."“
Der Forscher arbeitet an einem Roboter, der in die Höhe springt, seine Flügel entfaltet und viele Meter weit gleitet – wie eben die Wüstenheuschrecke.
„"Das hat zwei Vorteile: Es ist sehr simpel, und man kann sich mit sehr wenig Energie in der Luft fortbewegen.“
Mirko Kovac hat bereits einen Sprungroboter entwickelt: Ein winziger Motor spannt über ein Getriebe eine Feder. In einem Schwung katapultiert sie das Maschinchen nach oben.
„"Ein Springmechanismus, der das gleiche Prinzip anwendet wie die Heuschrecken. Er ist etwa fünf Zentimeter groß, wiegt fünf Gramm und springt etwa 1,40 Meter hoch.“
Oben angekommen muss die Roboterschrecke dann möglichst schnell ihre Flügel entfalten. Dazu zieht ein Draht die Flügel zusammen und faltet sie wieder auf. Aus Sprungmechanismus und Faltflügel will Mirko Kovac nun einen Gleitroboter bauen – nicht größer als eine Papierschwalbe und maximal zehn Gramm schwer.
Anwendung finden könnte das Konzept eines Tages bei mobilen Umweltsensoren, für die Suche nach Lawinen- und Erdbebenopfern – oder als neue Art von Landefähre für die Erforschung des Mars und anderer Planeten.