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Von Raubvögeln inspirierte Drohne mit abnehmbarem Schwanz und abnehmbaren Flügeln
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben eine Drohne gebaut, die aufgrund ihrer Schwanz- und Flügelfedern beispiellose Flugeigenschaften besitzt.
Der Habicht ist ein schneller, mächtiger und auf das Fliegen im Wald spezialisierter Vogel. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an dem von Dario Floreano geleiteten EPFL-Labor für intelligente Systeme untersuchten die Form der Flügel und des Schwanzes des Raubvogels sowie sein Flugverhalten und entwickelten dann eine Drohne mit ähnlichen Eigenschaften.
«Dieser Vogel verändert die Haltung seines Schwanzes und seiner Flügel, wenn er beim Jagen im Wald, beim Verfolgen seiner Beute über offenem Feld oder beim energiearmen Segeln schnelle Richtungswechsel vollziehen will», erklärt Enrico Ajanic, Doktorand am Labor von Dario Floreano. Dieser fügt hinzu: «Unsere Forschung nutzt die Prinzipien der Flugfähigkeit von Vögeln, um eine Drohne zu bauen, die an die Flugleistungen von Raubvögeln herankommt, aber auch um die biologische Hypothese zu testen, wonach der sich verändernde Schwanz eine wichtige Rolle bei der Ausführung schnellerer Kurven, Verzögerungen und sogar Langsamflügen spielt.»
«Unsere Forschung nutzt die Prinzipien der Flugfähigkeit von Vögeln, um eine Drohne zu bauen, die an die Flugleistungen von Raubvögeln herankommt, aber auch um die biologische Hypothese zu testen, wonach der sich verändernde Schwanz eine wichtige Rolle bei der Ausführung schnellerer Kurven, Verzögerungen und sogar Langsamflügen spielt.»
Schwanz und Flügel beweglich
Bereits 2016 hatten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Fakultät für Ingenieurwissenschaft und Technologie an der EPFL eine von Vögeln inspirierte Drohne mit modulierbaren Flügeln entwickelt. Mit der neuen Drohnenversion ist ihnen nun jedoch ein Schritt nach vorne gelungen, weil jetzt die Form der Flügel und des Schwanzes dank künstlicher Federn verändert und gesteuert werden kann. «Die Planung und Herstellung der Mechanismen haben sich als komplex erwiesen. Wir haben die Flügel verbessert, damit sie denen des Raubvogels stärker ähneln. Jetzt, wo die Drohne einen Schwanz mit Federn besitzt, der sich in Synergie mit den Flügeln verändert, bietet die Technologie der Drohne eine unvergleichliche Wendigkeit», erklärt Enrico Ajanic.
Die Drohne verändert die Form ihrer Flügel und ihres Schwanzes, um ohne abzustürzen schneller eine andere Richtung einschlagen, langsamer fliegen und beim Schnellflug den Luftwiderstand verringern zu können. Dazu benutzt sie für den Vorwärtsschub einen Propeller, statt mit den Flügeln zu schlagen, weil dies effizienter ist und das neue System aus Flügeln und Schwanz so auch auf andere Drohnen und Fluggeräte mit Flügeln anwendbar ist.
Der Vorteil von Drohnen mit Flügeln besteht darin, dass sie eine höhere Flugautonomie als gleich schwere Geräte mit vier Propellern besitzen. Letztere sind allerdings wendiger. Sie können sich um die eigene Achse drehen und sehr enge Kurven fliegen. «Mit der von uns entwickelten Drohne liegen wir zwischen den beiden Kategorien. Sie kann lange in der Luft bleiben und ist fast so wendig wie eine Drohne mit vier Propellern», sagt Dario Floreano. Diese beiden Eigenschaften sind nützlich, um in komplexen Umgebungen wie beispielsweise zwischen Gebäuden in einer Stadt oder in einem Wald zu fliegen.
Weg zur KI
Die Steuerung des Fluggeräts ist aufgrund der zahlreichen Einstellungsmöglichkeiten von Flügeln und Schwanz nicht einfach. Um die Flugeigenschaften der Drohne vollumfänglich zu nutzen, hat das Team von Dario Floreano vor, sie mit künstlicher Intelligenz auszurüsten, damit sie halbautomatisch fliegen kann.