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Bionik: Von der Natur inspirierte Drohnen-Technik

Drohne - Quelle: Pixabay
Drohne - Quelle: Pixabay

Die Einsatzgebiete für Drohnen sind vielfältig. Neben militärischen Aufklärungsflügen, als Überwachungssysteme oder zur Suche nach Opfern in Katastrophengebieten sollen Drohne künftig Liefer- und Botengänge übernehmen und in der Landwirtschaft eingesetzt werden.

So können Drohnen beispielsweise Reh-Kitze vor dem Tod durch den Mähdrescher bewahren. Die Jungtiere verstecken sich in den Feldern und verharren instinktiv in ihrem Versteck, wenn Gefahr droht. Denn im hohen Gras sind sie von ihren natürlichen Feinden, wie Greifvögeln und Füchsen, nicht zu sehen. Um sie vor dem sicheren Tod zu bewahren können Wärmebildkameras helfen, die an einer ferngesteuerten Drohne befestigt werden. Beim Überfliegen des Feldes werden die versteckten Tiere so entdeckt.

Ein Forschungsprojekt der Aarhus-Universität besteht darin, nützliche Insekten über Anbauflächen abzuwerfen. So könnten beispielsweise Marienkäferlarven mit Hilfe einer Drohne auf großen Plantagen ausgestreut werden. Sie bekämpfen dann biologisch Blattläuse.  Die Forscher arbeiten noch an einer Methode, wie die Nützlinge die harte Landung sicher überstehen.

Autonome Navigationssysteme für Drohnen
Bislang sind vorwiegend ferngesteuerte Drohnen im Einsatz. Doch Forscher arbeiten auch an autonomen Steuerungssystemen bei denen sich Roboter selbstständig bewegen und Hindernissen ausweichen. Wissenschaftler der schwedischen Universität Lund haben auf Basis des Ausweichverhaltens von Insekten ein Konzept für ein neues Drohnen-Orientierungs-System entwickelt. Damit können Drohnen ihre Geschwindigkeit an die jeweiligen Bedingungen selbständig anpassen. Als Vorbild für dieses System dienten Beobachtungen an Insekten, die sicher durch dichte Vegetation navigieren. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass Bienen sich  bei der Navigation an der Lichtintensität orientieren, um Hindernissen auszuweichen. Durch die Auswertung der Lichtverhältnisse ist es ihnen möglich, gezielt durch Zwischenräume hindurch zufliegen. Es ist eine einfache Strategie, um ein komplexes Problem zu lösen und lässt sich deshalb auch gut auf kleine, leichtgewichtige Flugroboter übertragen. Die Forscher schätzen, dass sie fünf bis zehn Jahre benötigen, um ihre Vision in die Realität umzusetzen.

Fledermaus-Drohne: Flexible statt starre Flügel

Fledermaus - Quelle: Pixabay
Fledermaus - Quelle: Pixabay

Wissenschaftler der University of Southampton haben mit einer Fledermaus-Drohne die Manövrierfähigkeit verbessert. Auch hier ließen sich die Forscher von der Natur inspirieren. Sie studierten den Flug von Fledermäusen und entwickelten dann eine flexible Flügelkonstruktion mit einer künstlichen Membran aus Polymer. Der Kunststoff kann über das Anlegen einer elektrischen Spannung seine Form verändern. Je größer die Spannung, desto stärker ist die Formveränderung.
Bislang existiert lediglich ein Prototyp der Fledermaus-Drohne. Die optimale Form für die neuartigen, flexiblen Flügel muss noch gefunden werden.

Amphibien-Drohne fliegt und taucht
Forscher der Oakland University haben eine Drohne entwickelt, die fliegen, schwimmen und tauchen kann. Sie fliegt wie ein herkömmlicher Quadcopter. Zum Tauchen klipp die Drohne, sodass seine Rotoren als Propeller fungieren. Außerdem läuft der Innenteil der Drohne voll Wasser. Soll die Drohne wieder auftauchen, so pumpt sie das Wasser raus und der Innenteil füllt sich wieder mit Luft. Zudem kann die Amphiebien-Drohne relativ lange Zeit in einem passiven Schwimm-Modus ausharren und so Energie sparen. Damit kann sie im Einsatzgebiet  längere Zeit verweilen und so zum Beispiel Meereslebewesen oder die Ausbreitung einer Ölverpestung beobachten.
Nachteil der Drohne: Sie darf nicht in zu große Tiefen abtauchen, da sie dann nicht mehr ferngesteuert werden kann und Unterwasseraufnahmen können nicht live übertragen werden.

Roboterbiene rastet um Energie zu sparen

Biene im Anflug - Quelle: Pixabay
Biene im Anflug - Quelle: Pixabay

Wissenschaftler der Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine Mini-Drohne entwickelt, die mittels elektrostatischer Anziehung an der Unterseite von Pflanzenblättern und anderen Gegenständen haften kann. So kann sie während eines Einsatzes Energie sparen und muss nicht die ganze Zeit in der Luft bleiben. Das Haft-Prinzip  ist dem eines aufgeblasenen Luftballons, der elektrostatisch aufgeladen wurde und so an einer Wand hängen bleibt, nachempfunden. Die Mini-Drohne wiegt nur 100 Milligramm und verfügt über eine Halterung an ihrer Oberseite. Die Andockplatte wird mit einer Spannung von 1000 Volt geladen. So kann das Flugobjekt an vielen Materialien, wie zum Beispiel Glas, Sperrholz oder Pflanzenblätter, anheften. Das Annähern und Andocken ist einer Biene nachempfunden, die sich auf einen Ast oder ein Blatt setzt.

Quellen:

 

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