Aufblasbarer Rahmen macht Drohnen widerstandsfähiger
Ein aufblasbarer Rahmen macht Drohnen widerstandsfähiger bei Kollisionen. Er ermöglicht aber auch zusammen mit einem bistabilen Greifer das Aufsitzen auf Ästen.
(Bild: ASU Robotics and Intelligent Systems Lab (Screenshot))
Ein Wissenschaftsteam der Arizona State University hat einen aufblasbaren Rahmen entwickelt, der bei Drohnen verlässlich Stöße im Flug absorbiert, sodass die Drohne nicht abstürzt. Die Drohne ist zusätzlich mit einem bistabilen Greifer ausgestattet, sodass sie etwa auf Ästen landen und dort stromlos hocken kann.
Bei Rettungseinsätzen wie beispielsweise Bergungsarbeiten können kleine Drohnen Wärmebildkameras und Abhörgeräte transportieren, um in unzugänglichen Räumen nach Lebenszeichen zu suchen. Doch der Einsatz von Drohnen für diese Aufgaben ist begrenzt. Zu leicht stoßen sie an Wände und Objekte an, die sie zum Absturz bringen können.
"Ihr starrer Rahmen beeinträchtigt die Widerstandsfähigkeit gegenüber Kollisionen, sodass ein Zusammenstoß mit Pfosten, Trägern, Rohren oder Kabeln in einem zerstörten Gebäude oft katastrophale Folgen hat. Sie erholen sich nicht, sie stürzen ab", umreißt Wenlong Zhang, Professor und Robotikexperte an der Arizona State University, das in dem wissenschaftlichen Paper "A Soft-Bodied Aerial Robot for Collision Resilience and Contact-Reactive Perching" behandelte Problem. Veröffentlicht wurde die Studie in der Fachzeitschrift Soft Robotics.
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Das Team um Zhang hat einen aufblasbaren Rahmen für Quadcopter entwickelt, der je nach Einsatzzweck in der Steifigkeit eingestellt werden kann. So kann der Rahmen unerwartete Stöße und Schläge abfedern und ausgleichen. Dadurch kann die Drohne nicht nur Aufprallkräfte absorbieren, um Abstürze bei Kollisionen zu vermeiden. Sondern der nachgiebige Rahmen eigne sich auch dafür, dynamische Manöver wie etwa das Landen auf Ästen oder ähnlichen Strukturen durchzuführen.
Stromloses Hocken
Das Perching (engl. für Hocken) genannte Aufsitzen ist nichts weiter als eine kontrollierte Kollision, erklärt Zhang. Vögeln gelingt es durch ihre Weichteile und nachgiebigen Gelenke, die Aufprallenergie abzufangen. Das Forschungsteam entwickelte einen hybriden, gewebebasierten, bistabilen Greifer, um einer Flugdrohne das Hocken auf einem Ast zu ermöglichen. Der Greifer kann zwei Ruhezustände einnehmen, in denen er keine Energiezufuhr benötigt: offen und geschlossen.
Beim Aufprall durch eine Landung wechselt er automatisch vom offenen in einen geschlossenen Zustand und umgreift so etwa einen Ast oder eine ähnliche Struktur. So kann er sich sicher an Objekten unterschiedlicher Größe und Form festhalten. Eine so ausgestattete Drohne kann so auf ihren Einsatz warten, ohne dass Energie für das Sitzen verbraucht wird. Bei Bedarf zieht ein Greifer pneumatisch den Greifer zurück und die Drohne kann wieder abheben.
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Das System, bestehend aus anpassbarem Rahmen und bistabilen Greifer, kann den Einsatz von Drohnen für Such- und Rettungseinsätze, Waldbrandüberwachung, militärische Aufklärung und in der Zukunft die Oberflächenerkundung anderer Planeten deutlich verbessern, ist sich Zhang sicher.
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(olb)