Dass Vögel noch immer besser, wendiger und vor allem in ihrem „Material“ nachwachsend 😉 fliegen können als alles von Menschenhand erzeugte, ist bekannt. Aber wir nähern uns.
Mitarbeiter des Laboratory of Intelligent Systems an der
Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) in Lausanne konstruierten eine Drohne, die ihre Flugmanöver wie ein Raubvogel durchführt.
Bereits 2016 hatten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Fakultät für Ingenieurwissenschaft und Technologie an der EPFL eine von Vögeln inspirierte Drohne mit modulierbaren Flügeln entwickelt.
Ki machts möglich. Jetzt kann die Form der Flügel und des Schwanzes dank künstlicher Federn verändert und gesteuert werden, was die komplexe Planung und Herstellung der Funktionsweise enorm erleichterte. Die Drohnenflügel wurden nach dem Vorbild eines Habichts optimiert.
Raubvögel setzen ein Kombination von Flügel- und Schwanzbewegung ein – sowohl für extrem schnelle Richtungsänderungen als auch fürs extreme Langsamfliegen.
Auch die neue Drohne verändert die Form ihrer Flügel und ihres Schwanzes, um ohne abzustürzen schneller eine andere Richtung einzuschlagen, langsamer fliegen und beim Schnellflug den Luftwiderstand verringern zu können.
Dazu benutzt sie für den Vorwärtsschub allerdings einen Propeller, statt mit den Flügeln zu schlagen, weil dies effizienter ist und das neue System aus Flügeln und Schwanz so auch auf andere Drohnen und Fluggeräte mit Flügeln anwendbar ist.
Vogelflugmanöver von Raubvögeln gehören zu den agilsten und wendigsten Flugszenarien, bei denen durch schnelle Flügel- und Schwanzbewegungen, die hohe Winkelgeschwindigkeiten und Beschleunigungen erzeugen, hoch optimierte Flugbahnen entstehen, die die kinetische Energie bei dem rapiden abgestoppten Flug bei der Landung (Zugriff der Beute) reduzieren.
Während die verhaltensbedingten, anatomischen und aerodynamischen Faktoren, die bei diesen Manövern eine Rolle spielen, gut beschrieben sind, sind die zugrundeliegenden Kontrollstrategien nur unzureichend bekannt.
Wir verwenden eine Methode zur optimalen Steuerung einer von Vögeln inspirierten Drohne mit morphenden Flügeln und Schwanz. So wollen wir eine kürzlich auf der Grundlage von Experimenten mit Harris-Falken abgeleitete Hypothese testen. Die Hypothese besagt, dass die Raubvögel ihre Bremsstrecke mit sehr hohem Anstellwinkel fliegen um die kinetische Energie vom rapiden Sturzflug schnell abzubauen. Bei den Raubvögeln ist die Bremsstrecke extrem kurz.
Die resultierenden Flugbahnen der Drohne, die Morphingsequenz und die Verteilung der kinetischen Energie ähneln denen, die bei Vögeln gemessen wurden. Darüber hinaus lassen sich durch experimentelle Manipulationen an den Flügeln, die bei Tieren schwierig oder unethisch wären, die Morphing-Faktoren ermitteln, die für die optimale Leistung von Vögeln und Drohnen mit Morphing-Flügeln bei Flugmanövern entscheidend sind.
Text nach einer Publikation von Valentin Wüest, Simon Jeger, Mir Feroskhan, Enrico Ajanic, Fabio Bergonti und Dario Floreano.
Der Vorteil von Drohnen mit Flügeln besteht darin, dass sie eine höhere Flugautonomie als gleich schwere Geräte mit vier Propellern besitzen. Letztere sind allerdings wendiger. Sie können sich um die eigene Achse drehen und sehr enge Kurven fliegen. Das braucht man, um in komplexen Umgebungen wie beispielsweise zwischen Gebäuden in einer Stadt oder in einem Wald zu fliegen.
„Mit der von uns entwickelten Drohne liegen wir zwischen den beiden Kategorien. Sie kann lange in der Luft bleiben und ist fast so wendig wie eine Drohne mit vier Propellern“, sagt Professor Dario Floreano.
Alle Illustrationen/Fotos @ EPFL. Im Eingangsbild der Wissenschaftler Enrico Ajanic.
