PigeonBot: Gefiederter Robotervogel mit formbaren Flügeln

Flugzeuge kommen an die Flugkunst von Vögeln nicht heran. Aber warum? US-Forscher wollen das herausfinden und bauen einen Vogelroboter mit Taubenfedern.

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(Bild: Eric Chang / Stanford University)

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Wenn Vögel mit ihren Flugmanövern immer noch jedes von Menschen gebaute Flugzeug in den Schatten stellen, liegt das unter anderem daran, dass sie die Form ihrer Flügel sehr flexibel verändern können. Sie fliegen quasi mit "Fingerspitzengefühl", lautet ein Fazit von US-Forschern, die versucht haben, diese Flugeigenschaften mit einem Roboter nachzubilden.

In Science Robotics berichtet das von David Lentink an der kalifornischen Stanford University geleitete Forschungsteam von der Konstruktion des Flugroboters PigeonBot, dessen Flügel mit jeweils 20 Taubenfedern ausgestattet sind. Die Federn sind durch elastische Bänder miteinander verbunden und werden lediglich durch ein Hand- und ein Fingergelenk bewegt, sodass sie sich übereinander schieben können. Flugtests zeigten, dass die Flügelform auf diese Weise auch bei aerodynamischer Belastung rasch und zuverlässig von weit ausgebreitet zu eng anliegend verändert werden kann. Durch asymmetrische Formveränderungen waren gezielte Richtungsänderungen möglich. Die Flugexperimente zeigten, dass Vögel bei Richtungsänderungen den Rollwinkel kontrollierten, nicht die Rollrate. Den Gleitflug steuerten sie offenbar mit den Fingern.

Der PigeonBot im Flug. (Quelle: IEEE Spectrum)

Die Flügel erwiesen sich zudem als robust gegenüber Kollisionen und konnten gegebenenfalls leicht wieder in Ordnung gebracht werden, indem sie einfach glattgestrichen wurden. Mit entscheidend für diese Robustheit ist die Mikrostruktur der Federn. Wie die Forscher in einer weiteren Studie in der Zeitschrift Science erläutern, sorgen kleine Fasern in der Federfahne dafür, dass sich Federn fest miteinander verhaken, sodass im Flügel keine Lücken entstehen. Beim Beugen der Gelenke lösen sich die Verbindungen wieder. Das Funktionsprinzip sei ähnlich wie bei Klettverschlüssen. Deren Häkchen seien allerdings zufällig angeordnet, während sie bei Vogelfedern gerichtet sind.

Vögel wie die Schleiereule und die Carolinanachtschwalbe verfügten allerdings nicht über solche Federn. Als Grund dafür vermuten die Forscher, dass die sich verhakenden Federn zu laute Geräusche erzeugen, die bei der nächtlichen Jagd stören würden. Zugleich sei nachts die Luft weniger turbulent, sodass diese Vögel auch mit weniger stabilem Gefieder gut zurechtkämen.

Bislang nutzt PigeonBot noch einen Propeller als Antrieb. Zukünftig seien aber nicht nur beweglichere Flügel mit mehr Freiheitsgraden möglich, schreiben die Wissenschaftler. Der Roboter könnte die Flügel auch selbst als Antrieb nutzen (Schlagflügler). Anwendungen der Technik sehen sie im Entertainment und bei sanften Umwelterkundungen und -überwachungen. "Unser Hauptanliegen, biohybride Roboter zu bauen, besteht allerdings darin, mithilfe wissenschaftlicher Modelle besser zu verstehen, warum Vögel Robotern davonfliegen", schreiben sie. Zudem mögen ihre Forschungen dazu beitragen, das Verständnis der Evolution von gefiederten Dinosauriern zu modernen Vögeln zu vertiefen. (olb)