2 x 2 Zentimeter: Die kleinste Drohne der Welt mit EHD-Triebwerken

Das Design wie auch das Flugverhalten des Flugroboters, den Forscher an der University of California at Berkeley vorgestellt haben, erinnern entfernt an das Lunar Landing Training Vehicle, mit dem die Apollo-Astronauten einst den Abstieg zur Mondoberfläche geübt haben.

Hinsichtlich der Größe liegen jedoch Welten zwischen den beiden Fluggeräten: Während das "fliegende Bettgestell" damals leer bereits über eine Tonne wog und einen Menschen bis zu 200 Meter in die Höhe heben konnte, wiegt das kalifornische "Ionocraft" lediglich 30 Milligramm, transportiert eine 37 Milligramm schwere IMU (Inertial Measurement Unit) und gilt mit seinen Maßen von 2 × 2 Zentimetern als der kleinste Flugroboter der Welt.

Miniaturisierung

Das Besondere an der Drohne, die Daniel S. Drew und seine Mitforscher im vergangenen Oktober bei der Konferenz IROS präsentierten, ist der Antrieb: Das Ionocraft hebt mithilfe von vier elektrohydrodynamischen (EHD) Triebwerken ab, die in einem elektrischen Feld Luftmoleküle (überwiegend Stickstoff) ionisieren und beschleunigen. Dabei kollidieren die Ionen mit neutralen Molekülen und erzeugen so den Gesamtschub. Dieses Phänomen ist auch als Biefeld-Brown-Effekt bekannt.

Da die vier Triebwerke ähnlich angeordnet sind wie die Rotoren bei einem Quadrokopter, lässt sich das Ionocraft auch auf ähnliche Weise steuern. Allerdings müssen Energiezufuhr (2000 V, 0,35 mA) und Datenkommunikation derzeit noch über sieben Kabel erfolgen. Gleichwohl halten es die Forscher, wie sie in ihrem Paper schreiben, zukünftig für machbar, voll autonome Roboter auf diese Weise auch im Freien fliegen zu lassen.

EHD-Antrieb

Der Zeitschrift IEEE Spectrum gegenüber erklärte Drew, dass bislang versucht wurde, den EHD-Antrieb für größere Fluggeräte bis hin zum bemannten Flug zu optimieren, während seine eigentliche Stärke in der Miniaturisierung liege: je kleiner die Plattform, desto besser das Verhältnis von Schub zu Masse.

"Ich denke, zukünftig wird es möglich sein, EHD-Triebwerke in der Größenordnung von Millimetern zu bauen, die mit weniger als hundert Volt arbeiten", erklärt Drew. "Flugroboter in der Größe von Insekten werden eines Tages genutzt werden, um mit verteilten Sensoren die Luftqualität zu messen, für Präzisionslandwirtschaft oder bei Rettungseinsätzen."

Auch für Weltraummissionen wie das interstellare Projekt Starshot sei die Technologie interessant, ebenso wie für die Erkundung von Planeten mit Atmosphären im Sonnensystem. "Meine Silizium-Elektroden können mindestens den Temperaturen auf der Venus standhalten", schwärmt Drew. "Das sieht nach einer großartigen Zusammenarbeit in der Zukunft aus."

[Update v. 08.02.2019, 12:07 Uhr]: Angaben zur Energiezufuhr von 3,5 mA auf 0,35 mA korrigiert. (olb)