MIT: Winziger akrobatischer Insektenroboter hält sich lange in der Luft
Die Forscher des MIT konnten die Flugdauer eines insektengroßen Schlagflügelroboters gegenüber vergleichbaren Robotern deutlich erhöhen.
Der kleine Schlagflügelroboter kann präzise Buchstaben abfliegen.
(Bild: MIT)
Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen winzigen, insektenähnlichen Flugroboter entwickelt, der in der Luft agiler ist, akrobatische Kunststücke vollführen kann und über eine längere Flugzeit verfügt wie ähnliche Schlagflügelroboter. Statt Elektromotoren nutzt der Roboter muskelähnliche Aktuatoren. Die MIT-Wissenschaftler sehen ein künftiges Einsatzgebiet im Bereich der künstlichen Pflanzenbestäubung.
Der Flugroboter des MIT hat die Größe eines Käfers und wiegt lediglich 750 mg, wie der Studie "Acrobatics at the insect scale: A durable, precise, and agile micro–aerial robot" zu entnehmen ist, die in Science Robotics veröffentlicht ist. Der Roboter besitzt vier Flügel. Zunächst hatten die Forscher acht Flügel vorgesehen, mussten jedoch bei dieser Anordnung feststellen, dass sich die Auftriebskräfte gegenseitig behinderten und zu einer geringeren Flugleistung führten. Die Version mit vier Flügeln ist effektiver, spart Platz und lässt mehr Raum für die nötige Steuerungselektronik.
Schlagflügelantrieb mit künstlichen Muskeln
Die Flügel werden über ein komplexes Getriebe bewegt, das von Aktuatoren mit künstlichen Muskeln bewegt wird. Diese Variante sei effizienter, als die Bewegung über Elektromotoren zu realisieren, sagen die MIT-Wissenschaftler. Die in vorherigen Versionen des Schlagflügelroboters verwendeten Flügelscharniere konnten nun verkürzt werden. Das wirkt sich positiv auf die mechanische Belastung und damit auf die Ausdauer aus. Auch konnte das Drehmoment durch die neue Konstruktion verdreifacht werden.
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Die Aktuatoren zur Bewegung der Flügel bestehen aus Elastomerschichten, die zwischen zwei sehr feinen Kohlenstoffnanoröhrchen-Elektroden eingeklemmt und zu einem Zylinder zusammengerollt sind. Die Aktuatoren können sich sehr schnell ausdehnen und wieder zusammenziehen. Dadurch können die Flügel mechanisch bewegt werden. Diese Aktuatoren erlauben sehr hohe Schlagfrequenzen, die benötigt werden, um den Flugroboter abheben zu lassen.
Hohe Flugdauer
Herkömmliche Schlagflügelroboter erreichen eine Flugdauer von etwa 20 Sekunden, schreiben die Wissenschaftler. Dies würde nicht ausreichen, um die Steuerung ausreichend zu testen. Außerdem sind diese Roboter flugtechnisch limitiert, können sich also nur langsam bewegen. Der vom MIT entwickelte Roboter hat eine Flugdauer von 1000 Sekunden. Dabei ist er mit 35 cm/s schnell und wendig. Es lassen sich gezielt akrobatische Flugmanöver wie Flips und Rollen durchführen. Auch lässt er sich präzise steuern. Die Forscher ließen ihn Buchstaben in der Luft abfliegen. Eine solch präzise Steuerung ist notwendig, um ihn später auf Blüten landen zu lassen, um künstliche Bestäubungen durchführen zu können.
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Bis es so weit ist, muss aber weitere Forschungsarbeit geleistet werden. Denn bisher erfolgt die Steuerung des Schlagflügelroboters und die Energiezufuhr extern über Kabel. Zudem müssen die Forscher ihm noch eine gewisse Autonomie verleihen, damit er selbstständig Aufgaben durchführen kann.
Die MIT-Wissenschaftler gehen davon aus, dass es noch drei bis fünf Jahre dauern kann, bis die Integration aller Komponenten abgeschlossen ist. Dann soll der Roboter auch deutlich länger fliegen können. Mit der Optimierung der bisherigen Komponenten halten die Forscher eine Flugdauer von bis zu 10.000 Sekunden für möglich, das wären mehr als zweieinhalb Stunden.
(olb)
