Roboter-Insekten erzielen Rekord-Flugleistung

Forscher des MIT haben einen Durchbruch bei Roboter-Insekten erzielt und eine rekordverdächtige Flugdauer und Präzision erreicht. Die neu entwickelten Roboter, die von natürlichen Bestäubern wie Bienen inspiriert sind, schweben über 1.000 Sekunden lang - 100 Mal länger als frühere Versionen - und zeigen dabei eine Agilität, die die künstliche Bestäubung revolutionieren könnte.

Eine neue Dimension der Bestäubungstechnologie mit Roboter-Insekten

Es ist nicht das erste Mal, dass wir über Roboterinsekten berichtet haben, aber jetzt stellen sich Forscher Roboterschwärme vor, die bei der Bestäubung in landwirtschaftlichen Umgebungen helfen könnten. Dadurch könnte eine mehrstufige Indoor-Landwirtschaft zur Steigerung der Erträge und Verringerung der Umweltbelastung möglich werden. Bislang blieben Roboterinsekten jedoch in Bezug auf Geschwindigkeit, Ausdauer und Manövrierfähigkeit hinter ihren biologischen Vorbildern zurück.

Dieses neue Design stellt einen bedeutenden Entwicklungssprung dar. Die Leichtbauroboter, die jeweils weniger als eine Büroklammer wiegen, fliegen jetzt schneller, vollführen akrobatische Manöver wie Doppelflips und haben dank der verbesserten Haltbarkeit ihrer künstlichen Flügelbeugungen eine längere Lebensdauer.
„Die Flugdauer, die wir in dieser Arbeit demonstriert haben, ist wahrscheinlich länger als die Flugdauer, die unser gesamtes Fachgebiet bisher mit Roboterinsekten sammeln konnte“, erklärt Kevin Chen, Associate Professor und Leiter des Soft and Micro Robotics Laboratory.

Innovative Konstruktionsverbesserungen

Bisherige Roboter-Insekten hatten eine rechteckige Konfiguration mit acht Flügeln. Diese Anordnung führt jedoch aufgrund von Strömungsstörungen zu Effizienzverlusten. Durch die Halbierung der Anzahl der Flügel und ihre Neuausrichtung konnte das Team die Auftriebskraft und Stabilität deutlich erhöhen.
Darüber hinaus verringern die neu entwickelten Getriebe die mechanische Belastung der Aktuatoren, was die Ausdauer der Roboter verbessert und den Leistungsverlust reduziert. Diese winzigen, soften Aktuatoren - bestehend aus Elastomerschichten und Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Elektroden - steuern die Flügel an, indem sie sich bei hohen Frequenzen zusammenziehen und ausdehnen.
Ein neu gestalteter Gelenkmechanismus, der mit präziser Laserschneidetechnik hergestellt wurde, verbessert die Leistung des Flügels noch weiter. Dadurch wird die Torsionsbelastung während des Fluges reduziert.

Anwendungen und Ausblicke

Die verbesserte Ausdauer und Präzision der Roboter könnte zu praktischen Anwendungen in der künstlichen Bestäubung führen. Langfristig soll der autonome Betrieb im Freien ermöglicht werden. Die Forscher wollen Miniaturbatterien und -sensoren integrieren, um die Navigation auch außerhalb des Labors zu ermöglichen.
In Tests flogen die Roboter mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 35 Zentimetern pro Sekunde. Das ist die schnellste Geschwindigkeit, die  bisher für diese Größe gemessen wurde. Sie führten auch komplexe Manöver aus, wie etwa das "Schreiben" von „M-I-T“ in der Luft:

„Diese neue Plattform ist ein bedeutendes Ergebnis unserer Arbeitsgruppe und eröffnet viele aufregende Möglichkeiten“, so Chen. Das Team plant, die Flugdauer weiter zu verlängern und die Roboter für Präzisionsaufgaben wie die Landung auf Blumen zur direkten Bestäubung zu optimieren.
Diese von der U.S. National Science Foundation und einem MathWorks Fellowship finanzierte Forschung ist ein Schritt in Richtung praktischer, nachhaltiger robotischer Bestäubungslösungen.
Da die Roboter nun so klein sind, dass wir sie kaum noch sehen können, könnten völlig neue Gefahren für die Privatsphäre und die Überwachung in dieser neuen Welt entstehen.