Käfer als Vorbild: Drohne mit Knautschzone übersteht Kollisionen

Eine Drohne, die einen Käfer zum Vorbild hat, kann durch Engstellen fliegen, die schmaler sind, als sie selbst. Nach Kollisionen kann sie sich abfangen.

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Ein Käfer als Vorbild

(Bild: Hoang Vu Phan et al)

Von
  • Hans-Arthur Marsiske

Flugfähige Käfer leben überwiegend in Wäldern, in denen sich Kollisionen ihrer Flügel mit Zweigen, Blättern und anderen Hindernissen nicht immer vermeiden lassen. Wieso die Insekten trotzdem nur selten abstürzen, haben zwei koreanische Ingenieurwissenschaftler jetzt untersucht und die Erkenntnisse auf einen Flugroboter übertragen.

Hoang Vu Phan und Hoon Cheol Park (Konkuk University) berichten in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Science von Experimenten mit Samuraikäfern (Allomyrina dichotoma), bei denen sie zunächst die Entfaltung der Hinterflügel beobachteten. Solange sie nicht gebraucht werden, sind diese Flügel wie bei fast allen Käfern unter härteren Deckflügeln verborgen und dadurch geschützt. Anders als etwa bei Marienkäfern, die ihre Flügel zuerst voll ausbreiten, bevor sie abheben, entfalten Samuraikäfer ihre Flügel mit den ersten beiden Schlägen.

Die Forscher ließen die Käfer dann durch einen Raum fliegen, der so dicht mit senkrecht aufgestellten Stäben präpariert war, dass es häufig zu Kollisionen mit den Flügeln kam. Dabei gab es zwei unterschiedliche Reaktionen: Wenn die Kollision in der Mitte der Flügel erfolgte, reagierten die Käfer meistens, indem sie sich mit ihren Beinen an das Hindernis klammerten. Berührte hingegen die Spitze des Flügels den Stab, kamen die Käfer gelegentlich kurz ins Taumeln, konnten aber in der Regel ungehindert weiter fliegen. Die Flügel knickten dann entlang der Falzlinien zusammen und fingen den Stoß dadurch ab. Um sich wieder voll zu entfalten, benötigten sie knapp vier Millisekunden und damit nur ein Drittel eines Flügelschlags.

Inspiriert von diesem Flugverhalten konstruierten Phan und Park einen 17,8 Gramm schweren Roboter, dessen Flügel sich in sieben Millisekunden zusammen oder auseinander falten können. Das half der Drohne, Kollisionen auf ähnlich souveräne Weise abzufangen, wie ihr biologisches Vorbild. Die Ablenkung der Flugrichtung (Gierrate) werde um bis zu zwei Drittel reduziert, schreiben die Forscher. Das verhindere nicht nur Abstürze, sondern erlaube auch Flüge durch Lücken, die kleiner sind als die Flügelspannweite. Konventionelle Flugroboter könnten das nicht.

(mho)