Schweizer Ingenieure bauen Flugroboter mit Beinen

Laufen, hüpfen und fliegen: Für die meisten Vögel ist das ganz normal. Für Roboter ist die Kombination verschiedener Fortbewegungsarten herausfordernd. Forscher der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) und der University of California haben nun nach dem Vorbild der Vögel eine Drohne namens «Raven» (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple Environments) entwickelt. Diese kombiniert die Effizienz von Flugdrohnen mit der Beweglichkeit von Landrobotern und vereint die Fortbewegungsarten. Vorgestellt hat das Forschungsteam ihr Projekt im Fachblatt Nature.

Technische Besonderheiten und Fähigkeiten

Die «Raven»-Drohne ist mit vogelähnlichen Beinen ausgestattet, die es ihr ermöglichen, nicht nur zu fliegen, sondern auch zu laufen, über Hindernisse zu springen und aus dem Stand abzuheben. Diese Beine sind inspiriert von der Anatomie und den Bewegungen von Vögeln, insbesondere Krähen, und bieten eine bemerkenswerte Energieeffizienz. Die Drohne kann Hindernisse aus dem Stand hüpfend mit bis zu zwölf Zentimetern Länge und bis zu 26 Zentimeter Höhe überwinden. Sie erreicht beim Absprung eine Höhe von fast einem halben Meter.

«Raven» benötigt beim Start keine Hilfe. Die Drohne kann ungefähr einen halben Meter in die Luft springen. Anschließend wirkt ein Propeller und beschleunigt die Drohne. Sie kann so eine Geschwindigkeit von etwa 2,2 Metern pro Sekunde erreichen.

Ein weiteres Merkmal der «Raven»-Drohne ist ihre Fähigkeit, nahtlos zwischen Boden- und Luftbewegungen zu wechseln. Dies macht sie besonders nützlich in komplexen Umgebungen, in denen herkömmliche Drohnen an ihre Grenzen stoßen. Die Drohne wiegt 620 Gramm und nutzt passive, federartige Gelenke sowie flexible Zehen, um ihre Beweglichkeit zu maximieren. Die Beinpartie allein wiegt 230 Gramm. «Raven» hat eine Flügelspanne von etwa einem Meter und einen etwa 50 Zentimeter langen Körper.

Anwendungsbereiche und Potenzial

Dank ihrer Fähigkeiten eröffnet der Roboter neue Möglichkeiten für den Einsatz von Drohnen in schwierigen und unzugänglichen Gebieten. Sie könnte beispielsweise in der Umweltüberwachung, bei Such- und Rettungsmissionen oder in der Landwirtschaft eingesetzt werden, wo sie sowohl am Boden als auch in der Luft effizient arbeiten kann. Eine weitere Anwendung ist zudem die Paketzustellung.

Die Entwicklung des «Raven» zeigt, wie die Natur als Inspiration für technische Innovationen dienen kann. «Tiere sind bewährte Funktionsmodelle. Sie haben in ihren Lebensräumen überlebt, indem sie sich effektive Strategien angeeignet haben,» erklärt Won Dong Shin Doktorand an der EPFL.

Für die Zukunft will das Forschungsteam unter anderem noch daran arbeiten, dass «Raven» seine Beine auch zum Landen verwenden kann. Außerdem sei als weitere Modifikation geplant, dass der Roboter faltbare Flügel erhalte, um durch enge Räume zu gelangen. «Der Flügelschlag wäre ein sehr interessantes Thema. Dieser ist für die Landung sehr wichtig, denn Vögel bremsen zuerst mit ihren Flügeln ab, nicht mit ihren Beinen. Mit schlagenden Flügeln wird dies ein wirklich vogelähnlicher Roboter sein,» sagt Shin zu diesem Thema.