Bionicopter: Festo lässt eine künstliche Libelle fliegen
Erfahrene Besucher der Hannover Messe kennen den Termin: Zur vollen Stunde versammeln sie sich am Stand des Esslinger Unternehmens Festo (Halle 15, D07), um die aktuelle Entwicklung des Bionic Learning Networks zu bewundern. Dieses Jahr stellen die Schwaben einen Flugroboter nach dem Vorbild einer Libelle vor.
Bionicopter(öffnet im neuen Fenster) heißt der Flugroboter. Er ist 44 Zentimeter lang, hat eine Flügelspannweite von 63 Zentimetern - und wiegt gerade mal 175 Gramm. Das Gehäuse besteht aus den Kunststoffen Polyamid und Terpolymer, die Mechanik aus Aluminium - die Komponenten sind zum Teil per 3D-Druck-Verfahren aufgebaut. Die Flügel sind Membranen aus Polyester, die von einem Rahmen aus Kohlefaser stabilisiert werden.
Neun Motoren
Als Antrieb verfüge der Bionicopter über neun Motoren, die 13 Freiheitsgrade ermöglichten, erzählt Agalya Jebens von JN Tec(öffnet im neuen Fenster) aus Gärtringen, das den Libellenroboter mitentwickelt hat, im Gespräch mit Golem.de. Der Hauptmotor treibt laut Jebens über ein Getriebe die Flügel an, wobei die Frequenz zwischen 15 und 20 Hertz variiert werden kann - das ist der erste Freiheitsgrad. Die vier Flügel können zudem über je zwei Servomotoren angesteuert werden - das sind die Freiheitsgrade zwei bis neun.
Schließlich kommen noch vier weitere Freiheitsgrade hinzu: Der Kopf lässt sich nach links und rechts schwenken, der hintere Teil des Körpers nach oben und unten bewegen. Diese Bewegung wird durch Aktoren aus einer Formgedächtnislegierung (Shape Memory Alloy, SMA) aus Nickel und Titan gesteuert, die sich beim Erwärmen zusammenzieht.
Diese Freiheiten seien für die Steuerung gedacht gewesen - ähnlich wie bei dem 2011 vorgestellten Smart Bird, sagt Jebens. Es habe sich aber gezeigt, dass sich die Libelle über die Flügel allein besser steuern lasse: Jeder Flügel kann über einen Servomotor geschwenkt werden - um 90 Grad von einer waagerechten in eine senkrechte Position.
Vorwärts, rückwärts, seitwärts, stopp
Der zweite Motor schiebt den Flügel noch etwas nach außen, um die Amplitude des Ausschlags zu vergrößern - von 80 bis auf 130 Grad. Jeder Flügel lässt sich dabei einzeln ansteuern. Der Winkel bestimmt die Richtung, die Amplitude die Stärke des Schubs. Durch die Kombination der beiden wird die Libelle gesteuert: Sie kann vorwärts und rückwärts fliegen sowie nach links und rechts abbiegen, und sie kann in der Luft stehen bleiben.
Gesteuert wird der Bionicopter mit einer Funkfernsteuerung oder über eine App, die auf einem Android-Smartphone läuft. Das Gerät kommuniziert über Bluetooth mit dem Roboter. Deren Nutzeroberfläche weist lediglich vier Pfeile auf - jeweils einen für die Bewegung nach vorne und hinten sowie das Gieren zu jeder Seite. Die Pfeile geben lediglich die Geschwindigkeit an.
Smartphone-Steuerung
Gelenkt werde durch Kippen des Smartphones, sagt Jebens. Der Bionicopter lasse sich also bequem mit einer Hand steuern. Bei der Vorführung auf der Messe nutzte ein Festo-Mitarbeiter allerdings eine konventionelle Funkfernsteuerung. Das Risiko, dass eines der vielen mobilen Geräte der Zuschauer die Verbindung störe, sei zu groß. Am Montagvormittag reichte auch das nicht aus: Beim Besuch von Bundeskanzlerin Angela Merkel und dem russischen Präsidenten Wladimir Putin stürzte der Roboter ab - aufgrund von Funkstörungen.
Für den Lenkenden sei es indes unmöglich, die vier Flügel mit ihren verschiedenen Freiheiten gleichzeitig zu steuern, erklärt Jebens. Der Mensch gebe nur Richtung und Geschwindigkeit vor, alles andere mache die Elektronik des Roboters. Die Berechnungen führe ein ARM-Prozessor durch. An Sensoren verfüge der Roboter über einen Accelerometer, ein Gyroskop und einen Magnetometer. Den Strom lieferten zwei Lithium-Polymer-Zellen, die zusammen mit der Elektronik und dem Antrieb im Brustsegment der Libelle säßen.
Vorbild Natur
Das auf Automation spezialisierte Unternehmen Festo stellt seit mehreren Jahren auf der Hannover Messe einen Technologiedemonstrator vor, der im Rahmen des Bionic Learning Networks(öffnet im neuen Fenster) entwickelt wird. Im vergangenen Jahr etwa schwebte ein Würfelgürtel über dem Stand der Schwaben, der sich in der Luft fortbewegte, indem er sich umstülpte . Mit Smart Inversion(öffnet im neuen Fenster) will Festo eine neue Bewegungsform in industriellen Prozessen einsetzen.
Bei der Vorstellung schrieb Festo zusammen mit dem Rat für Formgebung einen Wettbewerb aus, in dessen Rahmen Ingenieurs- und Designstudenten industrielle Anwendungen entwickeln sollten. Auf der diesjährigen Hannover Messe wurden die Sieger gekürt: Den mit 10.000 Euro dotierten ersten Preis gewann die Verpackungsmaschine Hochdrei, die drei Studenten der Hochschule Magdeburg-Stendal entwickelten. Hochdrei verpackt mittels Inversion Gummibärchen gleichzeitig in drei Folienstränge.
Vogelroboter
2011 zeigte Festo einen Roboter nach dem Vorbild einer Möwe mit einer Spannweite von zwei Metern. Um den Smart Bird(öffnet im neuen Fenster) zu bauen, hatten die Entwickler den Vogelflug entschlüsselt. 2010 blieb die Bionik auf dem Boden: Der bionische Handling-Assistent(öffnet im neuen Fenster) war ein pneumatisch betriebener Roboterarm nach dem Vorbild eines Elefantenrüssels .
Ziel des Bionic Learning Networks ist es, effiziente technische Systeme nach dem Beispiel der Natur zu entwickeln. Allerdings geht es Festo - wie das Unternehmen unumwunden zugibt - auch darum, mit Bionik Aufmerksamkeit zu erzeugen. An dem Bionic Learning Network sind neben Festo noch weitere Unternehmen und mehrere deutsche und ausländische Forschungseinrichtungen beteiligt, darunter auch das Massachusetts Institute of Technology.