Forscher der University of South Australia haben sich von einer 300 Millionen Jahre alten überragenden Flugmaschine – der Libelle – inspirieren lassen, um zu zeigen, warum zukünftige, flügelschlagende Drohnen in Bezug auf Form, Flügel und Steuerung vermutlich dem Insekt ähneln werden.
Ein Doktorandenteam unter Leitung des Professors für Sensorsysteme Javaan Chahl von der University of South Australia verbrachte einen Teil des Covid-19-Lockdowns im letzten Jahr damit, Schlüsselkomponenten einer von Libellen inspirierten Drohne zu entwerfen und zu testen, die an die außergewöhnlichen Flugeigenschaften des Insekts herankommen könnte, beispielsweise das Schweben und die Luftakrobatik.
Die Doktoranden arbeiteten ortsfern an dem Projekt und lösten mathematische Formeln zuhause auf Tafeln und übertrugen Stereobilder von Insektenflügeln in 3D-Modelle. Gästezimmer nutzten sie für schnelle Workshops zur Erstellung von Prototypen, um Teile der flügelschlagenden Drohne zu testen. Ihre Ergebnisse wurden im Journal Drones veröffentlicht.
Professor Chahl beschreibt die Libelle als „Spitzenflieger unter den Insekten“ und sagte, dass aus ihrem Flugverhalten viele Lektionen für das Ingenieurswesen gelernt werden können. „Libellen sind überaus effizient in allen Bereichen des Fliegens. Das müssen sie sein. Nachdem sie aus dem Wasser auftauchen sind männliche Libellen bis zu ihrem Tod (bis zu sechs Monate später) in lange, gefährliche Luftkämpfe gegen männliche Rivalen verwickelt. Die Paarung erfordert das Verfolgen von Weibchen in der Luft, und sie weichen ständig Raubtieren aus. Ihre Flugeigenschaften haben sich über Millionen Jahre entwickelt, um ihr Überleben sicherzustellen“, sagte Chahl.
„Sie können bei hohen Geschwindigkeiten schnell wenden und Abheben, während sie mehr als das Dreifache ihres eigenen Körpergewichts tragen. Sie gehören auch zu den effektivsten Räubern in der Natur und verfolgen und fangen ihre Beute mit einer Erfolgsquote von 95 Prozent“, sagte Chahl.
Die Verwendung von Drohnen für Sicherheitszwecke, Militär, Lieferung, Videoaufnahmen, medizinische Untersuchungen und Gesetzesvollzug ist in den letzten Jahren enorm gestiegen. Aber im Vergleich zu Libellen und anderen fliegenden Insekten sind sie primitiv und fressen viel Energie. Das Team modellierte die einzigartige Körperform und die aerodynamischen Eigenschaften, um zu verstehen, warum sie die ultimative Flugmaschinen bleiben.
Weil unversehrte Libellen extrem schwer zu fangen sind, entwickelten die Forscher eine optische Technik, um die Flügelgeometrie von 75 verschiedenen Libellenarten aus Museumssammlungen zu fotografieren. In einem nie dagewesenen Experiment rekonstruierten sie 3D-Bilder der Flügel und verglichen die Unterschiede zwischen den Arten.
„Libellenflügel sind lang, leicht und starr mit einem hohen Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand, was ihnen eine überragende aerodynamische Leistungsfähigkeit gibt. Ihr langes Abdomen, das etwa 35 Prozent ihres Körpergewichts ausmacht, hat sich ebenfalls entwickelt, um viele Zwecke zu erfüllen. Es beherbergt den Verdauungstrakt, ist an der Reproduktion beteiligt, und hilft bei der Ausbalancierung, Stabilität und Manövrierbarkeit. Das Abdomen spielt eine entscheidende Rolle bei ihrer Flugfähigkeit“, sagte Chahl.
Die Forscher vermuten, dass eine libellenähnliche Drohne viele Aufgaben erledigen könnte, darunter das Sammeln und Ausliefern ungleichgewichtiger Nutzlasten, den sicheren Betrieb in der Nähe von Menschen, die Erkundung empfindlicher Umgebungen in der Natur und die Ausführung von Langzeitmissionen.
(THK)
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