Roboter: Festos Falter fliegen fleißig

Sie sind zwar ziemlich groß, aber es sind unverkennbar Schmetterlinge, die da über dem Messestand von Festo kreisen. Emotion Butterflies heißen die filigranen Roboter, die das Esslinger Technologieunternehmen auf der Hannover Messe fliegen lässt (Halle 15, Stand D07).

Wie das Vorbild in der Natur umkreisen auch die blauen Festofalter einander, ohne zusammenzustoßen. Das ist eine Kombination aus Intelligenz auf dem Roboter selbst und einem externen Steuerungssystem. "Die Flügelbewegungen und die Steuersignale werden auf dem Schmetterling berechnet. Sie haben eine gewisse Freiheit und fliegen hier herum", sagt Projektleiter Elias Knubben im Gespräch mit Golem.de. "Dabei werden sie ständig von außen überwacht, und wenn wir sehen: Vorsicht, hier kommt gleich ein anderer Schmetterling, oder: Vorsicht, hier kommt gleich eine Bande, dann sagen wir ihm: Fliege nach rechts. Dann fliegt er weiter und hat wieder eine gewisse Freiheit, bis er in den nächsten kritischen Bereich kommt."

Infrarotkameras beobachten Roboschmetterlinge

Im Flug werden die Emotion Butterflies von zwölf Infrarotkameras beobachtet, die auf dem Messestand montiert sind. Die Kameras haben eine Auflösung von 2,3 Megapixeln und nehmen 160 Bilder pro Sekunde auf. Damit sie die Roboter erkennen, sind diese jeweils mit zwei Infrarot-Leuchtdioden ausgestattet. Die Daten der Kameras werden an einen Zentralrechner weitergeleitet, der die Postionen der Roboter im Raum berechnet und deren Flugbahnen koordiniert.

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Blaue Schmetterlinge lässt Festo auf der Hannover Messe 2015 fliegen, die Emotion Butterflies. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)

Indoor-GPS nennt Festo dieses Navigationssystem. Das Unternehmen hat es schon im vergangenen Jahr eingesetzt: 2014 stellte es Emotion Spheres vor, mit Helium gefüllte Ballons, die von einem Propeller angetrieben werden. Die Ballons schwebten ebenfalls über dem Messestand, und das Indoor-GPS verhinderte, dass sie kollidierten. In einer vernetzten Fabrik könnte das System als Leitsystem eingesetzt werden.

Roboschmetterlinge und Roboameisen koordinieren sich

Das Konzept ist ähnlich wie bei den Bionic Ants, Festos zweitem Exponat in Hannover: Es gehe um kollektives, autonomes Verhalten, sagt Knubben: In einer vernetzten Fabrik der Zukunft sind die Komponenten und Maschinen vernetzt. Sie sollen sich dezentral koordinieren, um etwa Produkte in kleiner Stückzahl herstellen zu können.

Der große Unterschied dabei ist aber, dass die Roboterameisen die Elektronik für die Datenverarbeitung an Bord haben. Um Gewicht zu sparen, ist das bei den Schmetterlingen ausgelagert. Denn so ein Schmetterling wiegt trotz seiner Spannweite von einem halben Meter nur 32 Gramm. "Das war die große Herausforderung: ein ultraleichtes Flugmodell mit Schlagflügeln hinzubekommen", erzählt Knubben. Festo habe versucht, "so reduziert wie nur irgend möglich zu bauen".

Die Motoren wurden eigens entwickelt

Die Flügel bestehen aus einem Rahmen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, der mit einer elastischen Folie bespannt ist. Der Rumpf wurde per Lasersintering aufgebaut. Darauf sitzt die Elektronik, die bis auf das Minimum reduziert wurde. Zwei Servomotoren treiben die Flügel an. Sie seien eigens für die Schmetterlinge entwickelt worden und ermöglichten es, Amplitude und Frequenz für jeden Flügel individuell präzise zu steuern, sagt Knubben.

Lange dauert das Flugvergnügen indes nicht: Bei einer Ultraleichtbauweise muss eben an allem gespart werden, auch am Akku. Der hält deshalb gerade mal anderthalb bis zwei Minuten. Wenn er leer wird, steuert der Schmetterling einen sicheren Bereich auf dem Messestand an - also nicht gerade dort, wo sich die Zuschauer drängen. Dann werden die Flügel festgestellt, und der Schmetterling schwebt in einer eleganten Trudelbewegung zum Boden.

Lernen von der Natur

Die Emotion Butterflies entstanden - wie auch die Bionic Ants - im Rahmen des Bionic Learning Networks. Ziel des Forschungsprojekts, an dem neben Festo noch weitere Unternehmen sowie mehrere Forschungseinrichtungen beteiligt sind, ist es, von der Natur zu lernen, um effizientere technische Systeme zu bauen.

Die Entwickler suchten "nach Tieren, die etwas besonders gut können", sagte Knubben im vergangenen Jahr. Da zeigte Festo auf der Hannover Messe ein robotisches Känguru, das die energieeffiziente Fortbewegungsart des natürlichen Vorbilds nachahmte. Gern zeigen die Schwaben auch Flugroboter, wie etwa 2013 eine Libelle oder 2011 eine Möwe.