Roboterbiene Bee++ fliegt stabil in alle Richtungen

Einem Forschungsteam der Washington State University (WSU) ist das gelungen, was Wissenschaftler seit mehr als 30 Jahren versuchen: ein künstliches Insekt mit Schlagflügeln zu entwickeln, das stabil in alle Richtungen fliegen und dabei auch Gieren, eine Drehbewegung im Flug ausführen kann. Der Bee++ genannte Flugroboter könnte bei weiterer Entwicklung in Zukunft zur künstlichen Bestäubung von Pflanzen eingesetzt werden.

Das Gieren, eine kontrollierte Flugbewegung um die eigene Achse, sei der Schlüssel, um eine voll bewegliche künstliche Biene zu schaffen. "Wenn man das Gieren nicht kontrollieren kann, ist man sehr eingeschränkt", sagt Néstor O. Pérez-Arancibia, Professor an der WSU School of Mechanical and Materials Engineering. Ohne diese Flugbewegung geraten die Roboter außer Kontrolle und stürzen im schlimmsten Fall ab. "Wenn du eine Biene bist, ist hier die Blume, aber wenn du das Gieren nicht kontrollieren kannst, drehst du dich die ganze Zeit, während du versuchst, dorthin zu gelangen." Auch für weitere Flugmanöver wie das Ausweichen oder Verfolgen von Objekten sei es wichtig, dass der Flugroboter über sechs Bewegungsgrade verfügt.

Variable Schlagflügel

Dazu haben die Forschenden die Bee++ mit vier Schlagflügeln bestehend aus Kohlefaser und Mylar, einer Polyesterfolie, ausgestattet. Sie werden durch jeweils einen Aktuator angesteuert, schreiben die Wissenschaftler in ihrer Studie "High-Performance Six-DOF Flight Control of the Bee++: An Inclined-Stroke-Plane Approach", die in IEEE Transactions on Robotics veröffentlicht ist. Bei der Bewegung der Flügel haben sich die Wissenschaftler ein Beispiel an echten Insekten genommen. Sie bewegen die Flügel so, dass sie in einer schrägen Ebene schlagen. In Kombination mit etwa 160 Flügelschlägen pro Sekunde gelingt so eine zuverlässige Erzeugung von Roll-, Nick- und Giermomenten.

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Für die Ansteuerung der Aktuatoren entwickelte das Wissenschaftsteam eine eigene Regelungsarchitektur mit Regelungsalgorithmen, die die Flugposition und -fluglage stabil halten sowie die Schlagamplituden der vier Flügel unabhängig voneinander variieren können.

Die Roboterbiene selbst hat eine Flügelspannweite von 33 mm und wiegt insgesamt 95 mg. Das ist größer und schwerer als reale Bienen. Sie wiegen nur etwa 10 mg. Noch kann Bee++ auch mit der Ausdauer echter Bienen nicht mithalten. Der Schlagflügelroboter kann nur rund 5 Minuten autonom am Stück fliegen. Deshalb hängt er zur Stromversorgung meist an einem Kabel.

Bee++ muss allerdings noch weiterentwickelt werden, um in der Zukunft auch Aufgaben übernehmen zu können. Das könnten etwa das künstliche Bestäuben von Pflanzen, Such- und Rettungsaufgaben sowie die Umweltüberwachung sein.

(olb)