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Der Habicht ist ein schneller, kräftiger Raubvogel, der mühelos durch Wälder fliegt. Dieser Vogel war die Inspiration für das Design der Drohne der nächsten Generation, die von den Forschenden des Labors für Intelligente Systeme der EPFL unter Leitung von Dario Floreano entwickelt wurde. Sie untersuchten sorgfältig die Form der Flügel und des Schwanzes des Vogels sowie sein Flugverhalten und nutzten diese Informationen, um eine Drohne mit ähnlichen Eigenschaften zu entwickeln. «Habichte bewegen ihre Flügel und Schwänze im Tandem, um die gewünschte Bewegung auszuführen, sei es für schnelle Richtungswechsel bei der Jagd im Wald, für den schnellen Flug bei der Beutejagd im offenen Gelände oder für effizientes Gleiten, um Energie zu sparen», sagt Enrico Ajanic, Erstautor und Doktorand im Labor von Floreano. Und Floreano fügt hinzu: «Unser Entwurf extrahiert Prinzipien des agilen Vogelflugs, um eine Drohne zu schaffen, die sich der Flugleistung von Greifvögeln annähern kann, aber auch die biologische Hypothese testet, dass ein beweglicher Schwanz eine wichtige Rolle spielt, bei schnelleren Kurven, Verlangsamungen und sogar beim Langsamflug.»
Eine Drohne, die Flügel und Schwanz bewegt
Bereits 2016 entwarfen die Ingenieurinnen und Ingenieure eine von Vögeln inspirierte Drohne mit beweglichen Flügeln. In einem weiteren Schritt kann ihr neues Modell dank der künstlichen Federn die Form von Flügeln und Schwanz anpassen. «Es war ziemlich kompliziert, diese Mechanismen zu entwerfen und zu bauen, aber wir konnten die Flügel so verbessern, dass sie sich eher wie ein Habicht verhalten», sagt Ajanic. Jetzt, da die Drohne einen gefiederten Schwanz hat, der sich im Gleichklang mit den Flügeln bewegt, bietet sie eine unvergleichliche Wendigkeit. Die Drohne ändert die Form ihrer Flügel und ihres Schwanzes, um schneller die Richtung zu ändern, langsamer zu fliegen ohne zu Boden zu fallen und um den Luftwiderstand zu verringern, wenn sie schnell fliegt. Sie verwendet anstelle von Flügelschlägen einen Propeller für den Vorwärtsschub, weil er effizienter ist und das neue Flügel- und Leitwerksystem auch auf andere gefiederte Drohnen und Flugzeuge anwendbar macht.
Der Vorteil von geflügelten Drohnen gegenüber Quadrotor-Designs ist, dass sie bei gleichem Gewicht eine längere Flugzeit haben. Allerdings neigen Quadrotoren zu grösserer Geschicklichkeit, da sie an Ort und Stelle schweben und scharfe Kurven nehmen können. «Die Drohne, die wir gerade entwickelt haben, liegt irgendwo in der Mitte. Sie kann lange fliegen und ist doch fast so wendig wie Quadrotoren», sagt Floreano. Diese Kombination von Eigenschaften ist besonders nützlich, um in Wäldern oder in Städten zwischen Gebäuden zu fliegen.
Chancen für künstliche Intelligenz
Das Fliegen dieses neuen Drohnentyps ist aufgrund der Vielzahl an möglichen Flügel- und Leitwerkskonfigurationen nicht einfach. Um die Flugfähigkeiten der Drohne voll auszunutzen, plant das Team von Floreano, künstliche Intelligenz in das Flugsystem der Drohne einzubauen, so dass sie halbautomatisch fliegen kann. Die Forschungsergebnisse des Teams sind in Science Robotics veröffentlicht worden.