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Erstaunlich stark: Mini-Drohnen öffnen Türen

Erneut stand die Natur Pate für raffinierte Technik: Die erstaunlichen Leistungen von Wespen haben Forscher zur Entwicklung kleiner Flugroboter inspiriert, die sich an Oberflächen verankern und mittels „Lasso-Technik“ schwere Gegenstände ziehen können. Auf diese Weise sind sie in der Lage, Objekte von bis zu dem 40-Fachen ihres Eigengewichts zu bewegen. Zwei der Wespen-Drohnen können dadurch sogar gemeinsam eine Tür öffnen. Die Forscher demonstrieren zudem das Potenzial des Konzepts für Rettungsmissionen.

Geringe Größe, Leichtigkeit und Wenigkeit machen kleine Flugroboter zu idealen Kundschaftern in zerklüfteten Umgebungen, wie etwa in den Trümmern eines Gebäudes. Sie können dort Videos aufzeichnen und durch Sensoren Informationen sammeln – doch eines können die filigranen Konstruktionen bisher nicht: am Einsatzort etwas bewegen. Durch ihren Propellerantrieb verfügen sie maximal über Zugkräfte, die ihrer eigenen, geringen Gewichtskraft entsprechen. Ohne die Geräte größer und sperriger zu gestalten, lassen sich Drohnen nicht stärker machen, könnte man meinen. Doch wieder einmal liefert die Natur ein Beispiel dafür, wie sich derart knifflige Herausforderungen meistern lassen.

Wespen zum Vorbild

Wie die Forscher um Mark Cutkosky von der Stanford University berichten, bildeten Beobachtungen der Fähigkeiten von Wespen die Grundlage ihrer technischen Entwicklung. Diese Insekten sind in der Luft extrem wendig – ähnlich wie Drohnen. Im Gegensatz zu diesen können sie allerdings auch vergleichsweise schwere Objekte bewegen – etwa einen Brocken Nahrung. Sie landen dazu, krallen sich am Untergrund und gleichzeitig an dem Objekt fest. Anschließend können sie die Last dann in eine bestimmte Richtung ziehen.

Den Forschern ist es nun gelungen, die Prinzipien dieses Wespen-Verfahrens auf etwa handtellergroße Drohnen mit einem Gewicht von rund 100 Gramm Gewicht zu übertragen. Um den Füßen ihrer sogenannten FlyCroTugs Haltevermögen zu verschaffen, orientierten sich die Forscher ebenfalls an Naturpatenten: Für den Einsatz an glatten Oberflächen statteten sie die Forscher mit Haftstrukturen aus, wie sie die Geckos besitzen. Sie entwickeln intermolekulare Kräfte, die sogar ein Haften an Glaswänden ermöglichen. Für raue Oberflächen haben sie die Roboter-Füße hingegen mit Strukturen aus sogenannten Microspines ausgestattet – fischhakenähnliche Metalldornen, die sich an kleinen Vertiefungen einer Oberfläche verankern können. Diese Methode nutzen prinzipiell auch die Wespen.

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Potenzial für Rettungsmissionen

Um einen Gegenstand greifen zu können, verfügen die FlyCroTugs entweder über Haftstrukturen nach dem Gecko- beziehungsweise Insekten-Prinzip oder über Schnapp-Schellen. Diese Haltestrukturen sind über Kabel mit einem Windenmechanismus der Drohne verknüpft. Bei einem Einsatz fliegt ein FlyCroTug zunächst zu dem zu bewegenden Gegenstand, greift ihn mit der Befestigungseinheit und fliegt dann zu einer nahen Landungs-Oberfläche, während sich das Kabel ausrollt. Nach der Verankerung am Untergrund zieht die Drohne das Kabel kraftvoll ein und bewegt dadurch den Gegenstand. So kann ein FlyCroTug beispielsweise über eine Kante hinweg eine Wasserflasche anheben, demonstrieren die Forscher. Sie zeigen zudem, wie durch die Interaktion zweier Drohnen eine erstaunliche Leistung möglich ist: Die beiden öffnen gemeinsam eine Tür, indem die eine Drohne die Klinke bewegt und die zweite an der Tür zieht.

Wie die Wissenschaftler betonen, handelt es sich bei ihren Entwicklungen nun zunächst um Prototypen, die das grundsätzliche Verfahren demonstrieren sollen. Nun gilt es, sie weiter auszufeilen. Doch Cutkosky und seine Kollegen sehen interessantes Potenzial in ihren FlyCroTugs – vor allem für den Einsatz bei Rettungsmissionen. „Für die Erkundung von zerklüfteten Strukturen, beispielsweise eines eingestürzten Gebäudes, sind kleine Flugroboter am besten geeignet, die durch schmale Öffnungen schwirren können“, sagt Cutkosky. „Doch dabei kann es auch wichtig sein, kleine Bruchstücke wegräumen zu können, die den Weg versperren. Mit unserem Konzept könnte sich eine Drohne dazu irgendwo verankern und das Hindernis dann wegzerren“, resümiert der Wissenschaftler.

Quelle: Stanford Universit, Science Robotics, doi: 10.1126/scirobotics.aau6903

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