Abheben mit Solarstrom

Jan Oliver Löfken

Ein Flugroboter mit vier transparenten Flügeln auf weißem Hintergrund

Noah T. Jafferis/E. Farrell Helbling/Harvard Microrobotics Laboratory

Nach dem Vorbild von Insekten entwickelten Wissenschaftler bereits eine Vielzahl winziger Flugroboter. Die nötige Energie liefern bislang dünne Stromkabel, mit denen die künstlichen Roboterinsekten ständig verbunden sein müssen. Denn Batterien wären schlicht zu schwer. Ein neuer Flugroboter hob nun erstmals ohne Kabel ab – dank extrem leichter Solarzellen oberhalb der vier Flügel des Prototypen. Wie das Entwicklerteam in der Fachzeitschrift „Nature“ berichtet, hielt sich „Robobee“ zwar nur eine knappe Sekunde in der Luft. Doch lege dieser Erfolg die Grundlage für autonom fliegende Schwärme von Flugrobotern.

Der von Noah Jafferis von der Harvard University im amerikanischen Boston und seinen Kollegen entworfene Flugroboter misst knapp sieben Zentimeter und wiegt gerade einmal 259 Milligramm, Elektronik und Solarzellen inklusive. Die vier Flügel aus einem transparenten Kunststoff weisen eine Spannweite von dreieinhalb Zentimetern auf. Angetrieben werden sie von piezoelektrischen Modulen, die elektrischen Strom in mechanische Bewegungen – also Flügelschläge – umwandeln. Die dafür erforderliche Energie stammt von einem mitgeführten Segel aus sechs hocheffizienten Solarzellen: Mit intensivem Licht aus Halogenlampen und Leuchtdioden bestrahlt, stellen die hauchdünnen Zellen eine Leistung von etwa 120 Milliwatt bereit. Die Elektronik transformiert den Solarstrom in kurze Spannungspulse von etwa 200 Volt und treibt damit die Piezomotoren mitsamt der Flügel an.

Den kurzen Jungfernflug, bei dem das Roboterinsekt nur wenige Zentimeter zurücklegte, filmten Jafferis und Kollegen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera. „Mit diesen Versuchen konnten wir den Flug des leichtesten und völlig ungebundenen Flugobjekts demonstrieren“, so Jafferis. Bislang hebt der neue Flugroboter nur unter Kunstlicht ab – natürliches Sonnenlicht besitzt eine zu geringe Leistungsdichte. Zudem lässt sich die Flugbahn von Robobee derzeit nicht kontrollieren, da noch keine Steuerelektronik an Bord ist. „Aber wir planen nun, Sensoren und Kontrollelektronik zu integrieren“, sagt Jafferis. Auch soll die Effizienz des Flugroboters gesteigert werden, um Flüge unter natürlichem Sonnenlicht zu ermöglichen. „In Zukunft könnten dann winzige Flugroboter wie Robobee genutzt werden, um mit Sensoren die Umweltbedingungen zu untersuchen“, sagt Jafferis.


Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/news/2019/abheben-mit-solarstrom/