Hybride Fortbewegung: Einrad rollt und fliegt
Ein Einrad rollt durch schmale Lücken und überfliegt Hindernisse. Zum Einsatz kommen könnte es bei Rettungsaktionen, meinen Forscher.
(Bild: Zhi Zheng u. a. (Screenshot))
Ein Wissenschaftsteam der Zhejiang University hat mit einem rollenden und fliegenden Einrad einen neuen Ansatz für die hybride Fortbewegung entwickelt. Das Hybridfahrzeug soll sich durch besonders enge Lücken bewegen und in schwer zugänglichen Gebieten landen können und sich damit vor allem für Such- und Rettungseinsätze eignen.
Das Design ihres fliegenden Einrades beschreiben die Wissenschaftler in ihrer Studie "A Novel Hybrid Terrestrial/Aerial Quadrotor with Unicycle-Driven and Rotor-Assisted Turning", die auf Arxiv vorab veröffentlicht ist. Das Einrad mit einem Durchmesser von etwa 36 cm und einer Breite von 18 cm wird von vier Motoren mit Luftschrauben wie ein gewöhnlicher Quadcopter angetrieben. Damit kann das Einrad auch genauso geflogen werden. Zusätzlich haben die Forscher dem Einrad einen separaten Servomotor zum Antrieb des Vierspeichen-Rades spendiert. Es wird über eine Getriebewelle angetrieben. Die Drehbewegung und Richtungswechsel werden dabei von den vier Rotoren durch eine intelligente Ansteuerung unterstützt.
Übergang zwischen Rollen und Fliegen
Das fliegende Einrad kann dadurch nahezu nahtlos vom fliegenden in den rollenden Zustand und umgekehrt wechseln, wie die Wissenschaftler in Versuchen evaluiert haben. Dadurch kann es sich auf unterschiedlichem Terrain fortbewegen und etwa enge Spalte durchfahren oder Hindernisse einfach überfliegen.
"Die Versuchsergebnisse zeigen, dass es zwischen der Fortbewegung in der Luft und auf dem Boden wechseln kann und in der Lage ist, einen schmalen Spalt, der halb so groß ist wie sein Durchmesser, sicher zu durchqueren", schreiben die Forscher. Dabei bewegt sich das Hybridfahrzeug energieeffizient fort: Im fahrenden Modus war es in der Lage 42,2-mal so lange durchzuhalten wie im fliegenden Modus. Dabei konnte es eine Strecke zurücklegen, die 3,8-mal so lang war wie die, die mit einer Akkuladung abgeflogen werden konnte.
Die Wissenschaftler wollen den Hybriden nun weiter in realen Umgebungen testen, um seine Leistungsfähigkeit zu ermitteln. Bereits jetzt sei ersichtlich, dass es in Gebieten mit engen Passagen eingesetzt werden kann, die zusätzlich eine gewisse Ausdauer erfordern.
In weiteren Forschungsarbeiten wollen die Wissenschaftler die Konstruktion des fliegenden Einrades weiter ausbauen. Insbesondere die Steuerungsalgorithmen sollen verbesserte werden, um einen noch reibungsloseren Übergang zwischen dem Rollen und Fliegen zu erreichen. Auch an der Navigation wollen die Wissenschaftler arbeiten, damit das Fahrzeug Routen abfahren und -fliegen kann.
"Wir ziehen auch strukturelle Optimierungen und Gewichtsreduzierungen in Betracht, um den Energieverbrauch weiter zu senken", schreiben die Forscher in ihrer Studie.
(olb)