Von der Silbermöwe inspiriert, entschlüsselten Festo-Ingenieure den Vogelflug. Ihr ultraleichtes bionisches Flugmodell SmartBird fliegt wie ein echter Vogel allein durch Flügelschlag. Die Funktionsintegration von gekoppelten Antrieben liefert wichtige Erkenntnisse und soll neue Wege in der Automation öffnen.
Allein mit der Muskelkraft seiner Flügel verschafft sich ein Vogel Auftrieb und hält sich in der Luft. Kein rotierendes Teil ist im Spiel, wenn Flügel die Schubkraft erzeugen, die sie den Strömungswiderstand überwinden lässt und den Körper in Bewegung setzt. Der Natur ist die Integration von Auftrieb und Vortrieb auf geniale Weise gelungen.
Die belebte Welt ist für die technische Impulsgeber und Ideenlieferant zugleich. Liefert sie doch die Blaupausen für Konstruktionen, die den CO2-Ausstoß senken, sparsamer mit Ressourcen umgehen und den Energieverbrauch drosseln. Es erfordert jedoch viel Grips, Fleiß und Durchhaltevermögen, um die Prinzipien der Natur technisch zu adaptieren.
Zwar sind bisherige Schlagflügelapparaturen am Vogelflug orientiert. Bevor ein Flugmodell jedoch eigenständig starten und landen kann und wie ein Vogel ohne zusätzlichen Antrieb fliegt, gleitet und segelt, musste der Vogelflug entschlüsselt werden. Mit dem bionischen Nachbau einer Silbermöwe ist dies einem Entwicklerteam des Automatisierungsspezialisten Festo jetzt gelungen. Einmal mehr beweisen sie mit ihrem SmartBird genannten Flugmodell, dass Baden-Württemberg das Land der Tüftler und Denker ist. Seit etlichen Jahren festigen die Schwaben ihren Ruf als Bioingenieure, indem sie sich im Rahmen ihres Bionic Learning Network den Werkzeugkasten der Natur zunutze machen.
Bei alldem gilt ihr Augenmerk dem weiteren Durchbruch in der Automatisierungstechnik.
Ihr bionischer Handling-Assistent – ein Greifer, der einem Elefantenrüssel gleicht – wurde im Vorjahr mit dem Deutschen Zukunftspreis ausgezeichnet. In die Konzeption des SmartBird flossen Erfahrungen ein aus anderen Bionic-Learning-Projekten wie AirRay, das den Rochen zum Vorbild hat, sowie dem künstlichen Pinguin AirPenguin. Schließlich ist das Strömungsverhalten der Luft angestammtes Gebiet des Pneumatikspezialisten.
Den Smartbird sollten die Entwickler um Projektleiter Markus Fischer in eine Gesamtstruktur umsetzen, die bei minimalem Gesamtgewicht besonders energie- und ressourceneffizient ist. Vorgabe war es, Vor- und Auftrieb in den Flügeln funktional zu integrieren und die Flugsteuerung im Rumpf- und Schwanzbereich unterzubringen. Damit nicht genug: Im Anforderungskatalog des biomechatronischen Flugobjekts standen eine hervorragende Aerodynamik, hohe Leistungsdichte im Antrieb sowie maximale Agilität.
In der Praxis heißt das vor allem energieeffizient: Nur das Schlagen der beiden Flügel erzeugt den Vor- und Auftrieb, was gerade mal 23 W Leistung erfordert. Im Flug speist ein Lithium-Polymer-Akku den künstlichen Vogel mit Strom. Lediglich rund 450 g wiegt der Technologieträger, dessen Struktur aus Kohlefaser und die Verkleidung aus einem Polyurethanschaum besteht. Mit einer Flügelspannweite von 2 m ist die Hightech-Möwe ein Stück größer als ihr natürliches Vorbild.
Mit elektromechanischen Wirkungsgraden bis 45 % und aerodynamischen bis zu 80 % sieht Festo den SmartBird als gelungenes Beispiel für die Funktionsintegration, den ressourceneffizienten extremen Leichtbau und die optimale Nutzung der Strömungsphänomene in der Luft. Die Entwickler sind sich sicher, dass ihr intelligentes biomechatronisches Gesamtsystem für die weitere Optimierung zukünftiger Zylinder- und Ventilgenerationen wichtige Ansätze liefern wird.
Dietmar Kieser dietmar.kieser@konradin.de
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