LausanneDas Flugverhalten des Habichts inspirierte die Entwicklung eines neuen Flugroboters: Die LisHawk genannte Drohne kann langsam fliegen, in der Höhe kreisen und wendige Manöver machen. Im Vergleich zu anderen vogelähnlichen Fluggeräten mit künstlichen Federn an den Flügeln hat LisHawk auch Federn am Heck: Ausgebreitete Federn geben Auftrieb, beim Kreisen sind sie zusammengezogen. Eine Forschergruppe um Enrico Ajanic von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (Schweiz) beschreibt ihre Erfindung im Fachmagazin „Science Robotics“.

Vögeln nachempfundene Drohnen gibt es eine ganze Reihe. Erst im Januar präsentierte ein Team um David Lentink von der Stanford University in Stanford (Kalifornien) einen Flugroboter mit echten Taubenfedern. Diese böten stabile elastische Reaktionen auf unterschiedliche aerodynamische Belastungen, schreiben die Forscher. Doch Ajanic und Kollegen stellten fest: „Das Zusammenspiel eines veränderbaren Flügels mit einem vogelartigen, veränderbaren Heck und dessen Potenzial zur Steigerung der Flugleistung wurde in der Flugrobotik noch nicht untersucht.“

Die Forscher bauten ihren Flugroboter von der Größe eines Habichts aus verschiedenen leichten Materialien, von Kunststoffen bis Balsaholz. Sie analysierten sein Flugverhalten in zahlreichen Tests im Windkanal, durch Optimierungsstudien und bei Flügen im Freien. Lishawk ist eine Mischung aus Flugzeug und künstlichem Vogel: Wie manche Flugzeuge hat die Drohne vorne einen Propeller, einen starren Rumpf und teilweise starre Flügel. An diesen Flügeln sind jedoch künstliche Federn angebracht, die ausgebreitet und zusammengezogen werden können, wie bei einem Vogel.

Vogel-inspirierte Flügel- und Schwanzmorphing.
Foto: dpa/Ajanic et al., Sci Robot. 5, eabc2897 (2020)

Die größere Flügelfläche bei ausgebreiteten Federn eignet sich etwa für den Steigflug und das Abbremsen vor der Landung. Die Heckfedern funktionierten dabei wie Landungsklappen, schreiben die Forscher. „Diese Flugfähigkeit, auch Supermanövrierfähigkeit genannt, könnte angewendet werden, um den Landefußabdruck von Drohnen mit Flügeln zu verringern.“ Mit anderen Worten: Die Vogel-Drohnen benötigen dann keine lange Landebahn mehr.

Motor braucht durch Federn weniger Leistung

Sind andererseits die Federn an den Flügeln und am Heck zusammengezogen, kann der Flugroboter mehr als 30 Prozent schneller fliegen als mit ausgebreiteten Flügeln. Der Motor benötigt dann sogar 55 Prozent weniger Leistung. Auch erhöht sich die Flugstabilität, da LisHawk dann weniger Angriffsfläche für Windböen bietet.

Bei den Flugversuchen im Freien zeigte sich aber auch ein Problem: „Die manuelle Fernsteuerung ermöglichte es uns jedoch nicht, die Flugpotenziale der Drohne voll auszuschöpfen.“ Der Pilot war von den verschiedenen Möglichkeiten der Federstellungen überfordert. Die Forscher gehen davon aus, dass erst ein Autopilot auf der Basis von künstlicher Intelligenz das volle Flugpotenzial zum Vorschein bringen kann.

In einem Kommentar, ebenfalls in „Science Robotics“, schreibt Gih-Keong Lau von der National Chiao Tung University in Taiwan: „Veränderbare Flügel und Schwänze bieten neben Höhenruder, Ruder und Handgas zusätzliche Kontrollmöglichkeiten.“ Weitere Studien zur aeroelastischen Verformung und Wechselwirkung künstlicher Federn werden seiner Auffassung nach dazu beitragen, ein Gerät mit größerem Auftrieb für geflügelte Drohnen zu entwickeln.