17.01.2020 06:30 |

„Leicht und robust“

Roboter mit Taubenfedern ahmt Vogelgleitflug nach

Einen Flugroboter mit echten Taubenfedern haben US-Forscher entwickelt. Es gelang ihnen sogar, das Fluggerät namens PigeonBot mithilfe von künstlichen Gelenken zu steuern. Das Team um David Lentink von der Stanford University kombinierten dabei geschickt biologische Untersuchungen und Ingenieurswissen.

Als promovierter Biologe mit einem Ingenieurstudium versuchte Lentink, insbesondere die Steuerung des Gleitflugs durch Tauben auf ein Fluggerät zu übertragen. Die Forscher untersuchten dazu zunächst Flügel toter Tauben genau und versuchten dann, sie so gut wie möglich nachzubauen. Biologen betrachten die Vogelflügel als eine Art Hand und sprechen daher auch von Handgelenk und Fingern.

Die Wissenschaftler fanden anhand der Flügel toter Tauben und ihrer Modellierung im Computer unter anderem heraus, dass die Winkel von nur zwei Gelenken 97 Prozent der gesamten Flügelform erklären können: das sogenannte Handgelenk und das Gelenk des Fingers, mit dem die äußeren Flügelfedern verbunden sind. Dabei wird nicht jede Feder einzeln von den Tauben gesteuert, vielmehr sind die Federschäfte mechanisch miteinander verbunden. Im PigeonBot übernehmen elastische Bänder zwischen den Federn diese Aufgabe.

Flügel mit 40 Taubenfedern bestückt
PigeonBot hat neben einem Rumpf aus Hartschaumbrettern etwas Elektronik an Bord (GPS, Fernsteuerung, Motor mit Propeller, Aktuatoren für die Gelenke). An den Flügeln sind insgesamt 40 Flugfedern von Tauben befestigt. Wenn im Flug Hand und Finger eines Flügels zum Körper hinbewegt werden, dann fliegt PigeonBot eine Kurve in die Richtung dieses Flügels, „wobei das Handgelenk eine grobe Kontrolle und der Finger die Feinsteuerung ermöglicht“, schreiben die Forscher.

Echte Taubenfedern hätten viele Vorteile, schreiben die Forscher. Sie seien „unglaublich weich, leicht und robust“. Außerdem bieten sie stabile elastische Reaktionen auf unterschiedliche aerodynamische Belastungen. Hinzu kommt ein weiteres Phänomen, das Lentink und Kollegen in der „Science“-Studie genauer untersuchten: Wenn benachbarte Flugfedern übereinander gleiten, dann steigt ab einem bestimmten Winkel der Widerstand um das Zehnfache.

Flimmerhärchen verhaken Federn miteinander
Bei der Untersuchung mit verschiedenen mikroskopischen Methoden bemerkten die Forscher: Tausende von Flimmerhärchen auf den unten liegenden Federn verhaken sich in kleinen Ästen aus oben liegenden Federn. Das verhindert beim Spreizen der Flügel das Entstehen von Lücken in der Flügelfläche. Wenn der Flügel zum Körper hingezogen wird, lösen sich die verhakten Flimmerhärchen mit einem Geräusch wie beim Lösen eines Klettverschlusses. Bei Vögeln wie der Schleiereule, die sehr leise fliegen, fanden die Forscher diesen Mechanismus nicht.

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