Wie eine Hummel, die von Blüte zu Blüte fliegt, kann ein neuer, von Insekten inspirierter Flugroboter, der von Ingenieuren der University of California, Berkeley, entwickelt wurde, schweben, seine Flugbahn ändern und sogar kleine Ziele treffen. Mit einem Durchmesser von weniger als 1 cm und einem Gewicht von nur 21 mg ist er der kleinste drahtlose Roboter der Welt, der kontrolliert fliegen kann.
Inspiriert vom Flug der Biene
„Bienen verfügen über bemerkenswerte fliegerische Fähigkeiten wie Navigation, Schwebeflug und Bestäubung, die künstliche Flugroboter ähnlicher Größe nicht haben“, sagt Liwei Lin, Distinguished Professor of Mechanical Engineering an der UC Berkeley. „Dieser Flugroboter kann drahtlos gesteuert werden, um sich einem bestimmten Ziel zu nähern und es zu treffen, und ahmt so den Mechanismus der Bestäubung nach, wenn eine Biene Nektar sammelt und wegfliegt.“
Damit ein Roboter fliegen kann, muss er mit einer Energiequelle, zum Beispiel einer Batterie, und einer Elektronik für die Flugsteuerung ausgestattet sein. Beides lässt sich nur schwer in sehr kleine, leichte Geräte integrieren. Um dieses Problem zu lösen, nutzten Lin und das Team der UC Berkeley ein externes Magnetfeld, um das Gerät mit Strom zu versorgen und die Flugbahn zu steuern.
Der Roboter hat die Form eines kleinen Propellers und enthält zwei kleine Magnete. Unter dem Einfluss eines externen Magnetfelds werden diese Magnete angezogen und abgestoßen, wodurch sich der Propeller dreht und genügend Auftrieb erzeugt, um den Roboter vom Boden abzuheben. Die Flugbahn des Roboters kann durch Modulation der Stärke des Magnetfelds präzise gesteuert werden. Der nächstgrößere Roboter mit ähnlichen Flugfähigkeiten hat einen Durchmesser von 2,8 cm und ist damit fast dreimal so groß wie der neue Flugroboter.
Anwendungen von künstlicher Bestäubung bis Rohrinspektion
„Winzige Flugroboter sind nützlich für die Erkundung kleiner Hohlräume und anderer komplizierter Umgebungen“, sagte der Erstautor der Studie, Fanping Sui, der vor kurzem an der UC Berkeley im Bereich Ingenieurwesen promoviert hat. „Dies könnte für die künstliche Bestäubung oder die Inspektion kleiner Räume, wie das Innere eines Rohrs, verwendet werden.“
Derzeit ist der Roboter nur zum passiven Flug fähig. Das bedeutet, dass er im Gegensatz zu Flugzeugen oder fortschrittlicheren Drohnen keine Sensoren an Bord hat, um seine aktuelle Position oder Flugbahn zu ermitteln, und seine Bewegungen nicht in Echtzeit anpassen kann. Der Roboter ist zwar in der Lage, präzise Flugbahnen zu fliegen, aber eine plötzliche Veränderung der Umgebung – wie etwa ein starker Wind – könnte ihn vom Kurs abbringen.
„In Zukunft werden wir versuchen, eine aktive Steuerung hinzuzufügen, die es uns ermöglichen würde, die Haltung und Position des Roboters in Echtzeit zu ändern“, so Wei Yue, Mitautor der Studie und Doktorand im Labor von Liwei Lin. Für den Betrieb des Roboters ist außerdem ein starkes Magnetfeld erforderlich, das von einer elektromagnetischen Feldspule erzeugt wird. Durch eine weitere Miniaturisierung des Roboters auf weniger als 1 mm Durchmesser – etwa die Größe einer Mücke – könnte er jedoch leicht genug sein, um durch viel schwächere Magnetfelder, wie zum Beispiel die von Radiowellen, gesteuert zu werden.
Nächster Schritt: Echtzeitsteuerung und weitere Miniaturisierung
Neben dem neuen, von Hummeln inspirierten Roboter hat Lins Team auch einen von Kakerlaken inspirierten Roboter entwickelt, der über den Boden huschen und überleben kann, wenn ein Mensch auf ihn tritt. Und Yue arbeitet an neuen „Schwarm“-Robotern, die wie Ameisen zusammenarbeiten können, um Aufgaben zu bewältigen, die für einzelne Roboter allein unmöglich zu bewältigen wären.
„Ich arbeite mit Robotern im 5-mm-Maßstab, die krabbeln, rollen und sich drehen können, und die auch zusammenarbeiten können, um Ketten und Arrays zu bilden oder noch schwierigere Aufgaben zu erledigen“, so Yue. „Sie könnten möglicherweise in der minimalinvasiven Chirurgie eingesetzt werden, weil wir eine Reihe von ihnn in den Körper injizieren und sie zusammenarbeiten lassen könnten, um Stents zu bilden, Blutgerinnsel zu entfernen oder andere Aufgaben zu erledigen.“
