Fund des Monats: RoboFly – die lasergetriebene Mikrodrohne

Insektengroße Roboterdrohnen, die mit Lasern aufgeladen und mit Mikroschaltkreisen gesteuert werden? Am 23. Mai hat uns ein Ingenieursteam der Universität Washington noch einen Schritt weiter in die Science Fiction gebracht.

Ihr liebt Drohnen? 2018 ist euer Jahr.

Am Jahresanfang stellte Intel zur Eröffnung der olympischen Winterspiele den Welt-Rekord für den Simultanflug mit den meisten Drohnen auf. Natalie Cheung und ihr Team veranstalteten mit 1.218 Drohnen die Rekord-Lichtshow für geschätzte 300 Millionen Zuschauer weltweit.

Im Mai brachen Professor Sawyer Fuller und sein Team der Washington University den Rekord im Kleinen. Auf der International Conference of Robotics and Automation in Brisbane stellten sie Ihre RoboFly vor.

Warum winzige Drohnen?

Als Fuller seine erste fliegende Mini-Drohne, die RoboBee, am Wyss Institute Harvard entwickelte, waren die geplanten Einsatzgebiete vielfältig. Sie könnte, wie Ihre Namensgeberin, Pflanzen in der Landwirtschaft bestäuben. Aber auch Such- oder Rettungseinsätze, Überwachung oder das Sammeln von Wetter-, Klima- und Umweltdaten sind möglich. Auch die RoboFly orientiert sich an ihrem realen Vorbild. Da Fliegen selbst feinste Gerüche wahrnehmen können, sollen die RoboFlys im Schwarm dazu eingesetzt werden, Gaslecks in Gebäuden zu finden.

Bei der RoboFly ist das allerdings noch Zukunftsmusik. Das vorrangige Ziel der war, die Mini-Drohne ohne Kabel zu fliegen und zu steuern. Eine Batterie wäre zu schwer gewesen, also muss die RoboFly selbst Energie erzeugen. Die Lösung? Eine winzige Photovoltaik-Zelle wurde an der RoboFly angebracht. Zielt man mit einem Laserstrahl auf die Zelle, generiert sie 7 Volt Spannung für die Flügel. Noch muss man den Laserstrahl dauerhaft auf die Drohne richten. Es ist aber auch denkbar, die Drohne in Zukunft mit Radiowellen oder winzigen Batterien zu betreiben.

Rotoren vs. Flügel

In der Luftfahrt haben sich Rotoren bewährt. Rotorblätter können von relativ einfachen Motoren bewegt werden und erfordern keine komplizierte Koordination verschiedener Bewegungsabläufe wie Flügel. Aber warum haben dann Insekten Flügel anstatt Rotoren?

Für kleine Körper wie die von Insekten – oder insektenähnlichen Roboter – sind Rotoren zu groß, zu schwer, zu unhandlich. Lieber etwas mehr Gehirnmasse in die Koordination der Flügel stecken als erheblich mehr Masse in die Betätigung eines Rotors.

Deswegen orientieren sich viele Ingenieure, die kleine Drohnen entwickeln, am Design von fliegenden Insekten. Für Fuller hieß das, dass sich die RoboFly mit einem Paar Flügel fortbewegt.

Zur Steuerung der Flügel benutzt das Team einen Mikrocontroller, der, wie das Gehirn einer echten Fliege, elektrische Impulse in einer Welle an die Flügel sendet, um sie zu bewegen. Zu Beginn einer Welle bewegen sich die Flügel so nach vorne, am Ende der Welle wieder nach hinten.

Der Mikrocontroller ist über einen Schaltkreis mit den Flügeln und der Photovoltaik-Zelle verbunden. 240 Volt reichen aus, um die RoboFly flugfähig zu machen.

Die Energieversorgung

Wer mitgezählt hat merkt jetzt, dass die Photovoltaik-Zelle 233 Volt zu wenig liefert. Dazu hat das Team den Schaltkreis verbessert, so dass aus 7 Volt am Anfang des Schaltkreises 240 Volt Spannung werden, mit denen die Flügel und der Mikrocontroller betrieben werden.

Bisher reicht es gerade aus, die RoboFly starten und landen zu lassen. Bis es soweit ist, dass RoboFliegen Robofliegen robo-nach-fliegen, muss die Energiequelle optimiert werden. Um sinnvoll eingesetzt werden zu können – egal ob als Gasdetektoren oder künstliche Bestäuber – müssen die notwendigen Sensoren und Werkzeuge kleiner und leichter werden.

Es gibt also an Drohnen noch viel zu basteln und auszutüfteln. Wenn ihr euch selbst für Drohnen begeistert oder einfach nur neugierig seid, informiert euch beim Bundesverband Copter Piloten oder dem Modellflugsportverband Deutschland.

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