Wissenschaftler nutzen "informativen Flügelschlag" für Flugroboter
Insekten sind Meister der Wahrnehmung von Luftdruckveränderungen. Wissenschaftler haben sie sich zum Vorbild genommen, um Roboter zu steuern.
Wissenschaflter versuchen den "informativen Flügelschlag" zu nutzen.
(Bild: Toshiyuki Nakata, Nathan Phillips, PatrÃcio Simões, Ian J. Russell, Jorn A. Cheney, Simon M. Walker, Richard J. Bomphrey)
Wissenschaftler wollen eine Orientierungsmethode der Insekten auf fliegende Roboter übertragen, um deren Kollisionsvermeidung zu verbessern. Dabei orientieren sie sich an der Fähigkeit zur Wahrnehmung von feinsten Luftdruckveränderungen. Diese verdanken Insekten dem Johnstonschen Organ, benannt nach dessen Entdecker Christopher Johnston. Es gilt als eines der empfindlichsten mechanorezeptiven Organe im gesamten Tierreich. Stechmücken können bereits Verbiegungen ihrer Antennenhärchen von 0,0005 Grad wahrnehmen, die durch Bewegungen von Luftpartikeln in der Größenordnung von 11 Nanometern bewirkt werden, und reagieren auf Luftströme von 0,1 Mikrometern pro Sekunde.
In der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science bezieht sich ein britisches Forschungsteam zunächst auf Beobachtungen von Mücken, die den Kontakt mit Oberflächen meiden, auch wenn sie für ihre Augen unsichtbar sind. Die von Richard J. Bomphrey vom Royal Veterinary College in Hatfield geleitete Studie verfolgte die Hypothese, dass hierfür die durch den Flügelschlag der Insekten erzeugten aerodynamischen Turbulenzen verantwortlich sind, die sich in der Nähe zum Boden oder zu Wänden verändern.
Unorthodoxe aerodynamische Strömungen
"Die Kinematik der Flügelschläge von Moskitos ist gekennzeichnet durch eine hohe Frequenz, niedrige Amplitude sowie große, schnelle Rotationen in Spannweitenrichtung", schreiben die Wissenschaftler. "Diese Merkmale führen zu unorthodoxen aerodynamischen Strömungen an den Flügeln selbst und zu zwei konzentrierten Jets schnell strömender Luft, die sich ungefähr zwei Flügellängen unterhalb des Insekts vereinen." Wegen der flachen Amplitude seien diese Jets stärker fokussiert als bei anderen fliegenden Lebewesen, was zu einem stärkeren Signal bei Annäherung an den Boden oder eine andere Fläche führen könnte.
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Die Forscher prüften ihre Hypothese zunächst anhand von Simulationsrechnungen und setzten das Verfahren dann mit einem Quadrokopter um. Dafür wurde die 27 Gramm wiegende Drohne Crazyflie 2.0 mit fünf Drucksensoren ausgestattet. Mithilfe dieses insgesamt 9,2 Gramm schweren Sensormoduls gelang die Hinderniserkennung auf bis zu drei Rotordurchmessern Entfernung. Im Unterschied zu anderen Lösungen, die mit aerodynamischen Messungen arbeiten, seien bei dieser Methode keinerlei Modelle erforderlich, weder von der Drohne selbst noch von der Aerodynamik, betonen die Autoren. Sie sei daher nicht nur hinsichtlich der Masse und des Energieverbrauchs sehr sparsam, sondern auch bei der erforderlichen Rechenkapazität. (anw)
