Schweizer Innovation: Vogel-inspirierter Roboter hebt ab

Die Schweizer Robotik hat mit einer bahnbrechenden Innovation die Grenzen des autonomen Fliegens gesprengt, die sich nicht am Boden halten lässt. Die École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) hat RAVEN (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments) vorgestellt, eine Maschine, die etwas kann, was keine gewöhnliche Drohne beherrscht: Sie geht, hüpft und startet ohne Startbahn aus eigener Kraft in den Himmel. Das ist nicht bloss eine schrittweise Weiterentwicklung, sondern ein grundlegendes neues Konzept für die Luftmobilität, inspiriert von den agilen Bewegungen der Rabenvögel.

Während herkömmliche Starrflügeldrohnen weiterhin auf Startbahnen oder Abschussvorrichtungen angewiesen sind, befreit sich RAVEN von diesen Einschränkungen. Indem sie die biologische Vielseitigkeit von Vögeln nachahmt, schliesst diese Schweizer Entwicklung die entscheidende Lücke zwischen Boden- und Luftoperationen. «Vögel können zwischen Gehen und Rennen wechseln, um ohne Start- oder Landebahn und ohne Abschussvorrichtung abzuheben oder zu landen», sagt Won Dong Shin, der Doktorand an der EPFL, der diese Entwicklung vorantreibt. Technische Plattformen, die solche dynamischen Bewegungen zu Land und in der Luft ermöglichen, hätten in der Robotik «gefehlt», sagt er, bis jetzt. Mit diesem Start bekräftigt die Schweiz ihre führende Stellung in der anspruchsvollen Welt der fortgeschrittenen Robotik.

Mit einem Gewicht von gerade einmal 620 Gramm ist RAVEN ein Meisterstück gewichtsoptimierter Ingenieurskunst. Um dieses federleichte Gewicht zu erreichen, waren eine sorgfältige Kombination mathematischer Modelle und Computersimulationen sowie eine Auslotung der mechanischen Möglichkeiten nötig. Die Konstruktionsphilosophie ist konsequent und präzise: Die schwersten Komponenten sollen nahe am Rumpf liegen, während ein komplexes Netz aus Federn und Motoren die explosive Kraft von Sehnen und Muskeln eines Vogels nachbildet.

Das Ergebnis ist ein Beinsystem, das hohe Komplexität mit strengen Gewichtsbeschränkungen in Einklang bringt. Die in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Forschung zeigt einen bedeutenden Fortschritt im biomimetischen Design. Im Gegensatz zu früheren Versuchen, bei denen entweder zu schwere Roboter entstanden, die nicht fliegen konnten, oder Springer ohne Geschicklichkeit, findet RAVEN das richtige Gleichgewicht. Das System verkörpert Schweizer Präzision: Jedes Gramm ist berücksichtigt und jeder Motor erfüllt einen doppelten Zweck. Es ist nicht einfach ein Roboter, sondern ein künstlicher Organismus, der seine Umgebung dank überlegener Effizienz beherrschen soll.

RAVEN fliegt nicht nur, sondern beherrscht auch das Gelände. Aus dem Stand kann der Roboter beeindruckende 26 Zentimeter in die Luft springen. So überwindet er Hindernisse und kann auch in unwegsamem Gelände abheben. Frühere Robotergenerationen konnten diese Kluft nicht überwinden: Laufroboter waren zu langsam zum Springen, und Springern fehlte die Stabilität zum Gehen. RAVEN überwindet diese Einschränkungen und kann über Löcher steigen sowie erhöhte Flächen mit beispielloser Beweglichkeit erkunden.

Auch die wissenschaftlichen Erkenntnisse zum Sprung sind bemerkenswert. Forschende der EPFL fanden heraus, dass beim Absprung in den Flug die effizienteste Kombination aus kinetischer Energie (Geschwindigkeit) und potenzieller Energie (Höhengewinn) zum Einsatz kommt. So kann die Drohne den Akku schonen und gleichzeitig ihre Leistung maximieren. Ob sie steht, im freien Fall ist oder aus einem engen Raum startet: RAVEN passt sich sofort an. Das robuste Fluggerät ist für jedes Gelände ausgelegt und soll dort eingesetzt werden, wo ein Eingreifen durch Menschen unmöglich ist und herkömmliche Drohnen scheitern würden.

Die Bedeutung des Erfolgs von RAVEN reicht weit über das Labor hinaus. Weil die Technologie Startbahnen überflüssig macht und Starts aus engen, unwegsamen Gebieten ermöglicht, könnte sie Branchen von der Suche und Rettung in den Schweizer Alpen bis hin zu verdeckten Überwachungsoperationen revolutionieren. Die Möglichkeit, sich autonom über unwegsames Gelände zu bewegen, eröffnet Flugdrohnen neue Einsatzgebiete und verschafft ihnen Zugang zu den unwirtlichsten Umgebungen der Erde.

Die Herausforderung ist jedoch noch nicht vollständig gemeistert. Der Start funktioniert bereits, doch die Landung bleibt eine entscheidende Hürde. Das Team der EPFL arbeitet gemeinsam mit Forschenden aus den USA derzeit an den komplexen Anforderungen der Landesteuerung, damit das Fluggerät ebenso sanft aufsetzen kann, wie es startet. Während das Beindesign weiterentwickelt wird, um auch den Sinkflug zu meistern, ist eines klar: Die Zeit statischer, auf Startbahnen angewiesener Drohnen geht zu Ende. Die Schweiz treibt den Wandel hin zu einer Zukunft voran, in der sich Roboter mit der organischen Leichtigkeit der Natur bewegen, denken und fliegen.