Robobee: Roboterfliegen im Sturzflug

Ein Miniroboter hebt ab: Wissenschaftler von der Harvard-Universität in Cambridge im US-Bundesstaat Massachusetts haben eine Robobee fliegen lassen - einen Roboter, der einem Insekt nachempfunden ist.

Die Roboterfliege sei halb so groß wie eine Büroklammer, erklären die Forscher, aber mit 80 Milligramm deutlich leichter. Sie hat einen länglichen, aufrechten Körper, der auf vier Füßen steht. Am oberen Ende sitzen die hauchdünnen Flügel, die eine Spannweite von 3 Zentimetern haben.

Für den Flug hängt der Roboter an haarfeinen Drähten - diese werden gebraucht, um ihn mit Strom zu versorgen und ihn zu steuern. Der Roboter hebt ab, er kann in der Luft stehen und geradeaus fliegen. Lediglich bei der Landung fehlt es ihm an Eleganz: Er stürzt wie vom Schlag getroffen ab.

Piezoelektrischer Antrieb

Die Flügel zum Schlagen zu bringen, sei gar nicht so einfach gewesen, sagen die Forscher: "Große Roboter können mit elektromagnetischen Motoren angetrieben werden, aber für diese Größe braucht man eine Alternative, und die gab es nicht", erzählt Kevin Ma. Sie entwickelten schließlich eine eigene: einen Antrieb mit piezoelektrischen Aktoren. Das sind dünne Streifen aus Keramik, die sich verformen, wenn Strom angelegt wird. Dieser Antrieb lässt die Flügel 120-mal in der Sekunde schlagen. Jeder Flügel kann einzeln angesteuert werden, damit der Roboter navigieren kann.

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Minidrohne Robobee (Foto: Kevin Ma/Pakpong Chirarattananon)

Zwölf Jahre habe er damit verbracht, diese Roboter zu bauen, erzählt Robert Wood, Leiter des Projekts Robobee. "Wir mussten Lösungen von Grund auf entwickeln, für alles. Wenn wir eine Komponente zum Laufen bekommen hatten und uns der nächsten zuwandten, tauchten plötzlich fünf neue Probleme auf."

Aufklapproboter

Die Forscher haben unter anderem eine Methode entwickelt, die Roboter herzustellen: Zunächst werden die verschiedenen Materialien, aus denen so ein Roboter besteht, in dünnen Lagen übereinandergeschichtet. Dabei haben die verschiedenen Materialien unterschiedliche Funktionen: Keramik etwa für den piezoelektrischen Antrieb oder Kohlefaser für den Rumpf.

Es entsteht ein dünner Block aus knapp 20 Schichten, der etwas größer ist als der Roboter. Mit einem Laser wird dann dessen Form ausgeschnitten, die mit 22 Scharnieren mit der Grundplatte verbunden ist. Schließlich wird die Roboterfliege von unten in eine dreidimensionale Form gedrückt - ähnlich wie eine Figur in einem Aufklappbilderbuch ausklappt.

Forscher zur Sache

Dieses Verfahren sei ein wichtiger Schritt gewesen, da sie nun nicht mehr jeden einzelnen Roboter mühsam von Hand bauen müssten, erzählt Ma. So hätten sie im vergangenen halben Jahr beispielsweise 20 Robobees gebaut. Das erleichtere auch das Testen: "Wir können jetzt ziemlich schnell zuverlässige Prototypen bauen, was uns ermöglicht, bei den Tests etwas forscher zur Sache zu gehen."

Eine Robobee kontrolliert fliegen zu lassen, sei ein wichtiger Schritt gewesen, sagen die Forscher. Noch seien die Roboter aber nur beschränkt einsetzbar, da sie noch an Drähten hingen, über die sie mit Strom versorgt und gesteuert werden. Zu den nächsten Schritten wird deshalb die Entwicklung einer kleinen Brennstoffzelle mit hoher Energiedichte sowie die eines Gehirns für den Roboter gehören.