US-Forscher haben einen Flugroboter mit echten Taubenfedern entwickelt. Es gelang ihnen, das Fluggerät namens Pigeon Bot mithilfe künstlicher Gelenke zu steuern. Die Forscher kombinierten dabei biologische Erkenntnisse und Ingenieurswissen. Die zwei Studien eines Teams um David Lentink von der Stanford University sind in "Science Robotics" und "Science" erschienen.

Als promovierter Biologe mit einem Ingenieurstudium versuchte Lentink, die Steuerung des Gleitflugs durch Tauben auf ein Fluggerät zu übertragen. Sein Team untersuchte dazu zunächst Flügel toter Tauben im Detail und versuchte dann, sie so gut wie möglich nachzubauen.

Entscheidende Gelenke

Die Wissenschafter fanden anhand der Flügel toter Tauben und ihrer Modellierung im Computer unter anderem heraus, dass die Winkel von nur zwei Gelenken 97 Prozent der gesamten Flügelform erklären können: das Handgelenk und das Gelenk des Fingers, mit dem die äußeren Flügelfedern verbunden sind. Dabei wird nicht jede Feder einzeln von den Tauben gesteuert, vielmehr sind die Federschäfte mechanisch miteinander verbunden. Im Pigeon Bot übernehmen elastische Bänder zwischen den Federn diese Aufgabe.

Die Robotertaube hat neben einem Rumpf aus Hartschaum etwas Elektronik an Bord (GPS, Fernsteuerung, Motor mit Propeller, Aktuatoren für die Gelenke). An den Flügeln sind insgesamt 40 echte Flugfedern von Tauben befestigt. Wenn im Flug Hand und Finger eines Flügels zum Körper hin bewegt werden, dann fliegt der Pigeon Bot eine Kurve in die Richtung dieses Flügels, wobei das Handgelenk eine grobe Kontrolle und der Finger die Feinsteuerung ermöglicht.

Fixierende Flimmerhärchen

Echte Taubenfedern hätten viele Vorteile, schreiben die Forscher. Sie seien "unglaublich weich, leicht und robust". Außerdem bieten sie stabile elastische Reaktionen auf unterschiedliche aerodynamische Belastungen. Hinzu kommt ein weiteres Phänomen, das Lentink und Kollegen in der "Science"-Studie genauer untersuchten: Wenn benachbarte Flugfedern übereinander gleiten, dann steigt ab einem bestimmten Winkel der Widerstand um das Zehnfache.

Bei der Untersuchung mit verschiedenen mikroskopischen Methoden stellte sich heraus: Tausende von Flimmerhärchen auf den unten liegenden Federn verhaken sich in kleinen Ästen aus oben liegenden Federn. Das verhindert beim Spreizen der Flügel das Entstehen von Lücken in der Flügelfläche. Wenn der Flügel zum Körper hin gezogen wird, lösen sich die verhakten Flimmerhärchen mit einem Geräusch wie beim Lösen eines Klettverschlusses. Bei Vögeln wie der Schleiereule, die sehr leise fliegen, fanden die Forscher diesen Mechanismus nicht. (red, APA, 17.1.2020)