Eine Maschine, zwei Welten: ein vogelartiger Roboter, der taucht und wieder auffliegt

Eine Walgruppe, einen Eisberg oder ein Stück offenes Meer zu erreichen, um dort eine Messung vorzunehmen, ist oft teuer und mitunter gefährlich. Ein handtellergroßer Roboter, den Ingenieurteams des MIT und der Schweizer Hochschule EPFL entwickelt haben, deutet einen günstigeren Weg an. Die Maschine kann durch die Luft gleiten, ins Wasser eintauchen, um Daten zu sammeln, und sich anschließend wieder herausschlagen, um zurückzufliegen – mit ein und demselben Flügelpaar.

Das im Fachjournal Science vorgestellte Gerät heißt „flapping-wing aerial-aquatic vehicle“, kurz FAAV. Es wiegt nur rund 250 Gramm, besitzt einen schlanken Körper aus Kohlefaser, ein steuerbares Heck und zwei biegsame Membranflügel, die wie bei einem Vogel schlagen. Flügel und Heck lassen sich in verschiedenen Größen austauschen. In der Luft bewegt sich der Roboter mit etwa 6,3 Metern pro Sekunde, unter Wasser mit knapp einem Meter pro Sekunde.

Vorbild sind tauchende Vögel. Seetaucher, Papageitaucher, Möwen und Sturmvögel – insgesamt rund 100 Vogelarten – jagen unter der Oberfläche und stoßen dann zurück in die Luft; sie beherrschen zwei Medien, deren Dichte sich enorm unterscheidet. Gerade den schwierigsten Teil, den Sprung aus dem Wasser zurück in die Luft, konnten Technikerinnen und Techniker bislang kaum nachbilden.

Bei Versuchen in einem Wasserbecken und an einem nahen See fand das Team um Raphael Zufferey, der am MIT das AURA-Lab leitet, die passenden Kombinationen aus Flügelgröße, Schlagfrequenz und Heckwinkel für einen reibungslosen Übergang. Entscheidend: Der Roboter schafft das ohne Propeller, ohne die Flügel einzuklappen und ohne paddelnde Füße. Größere Flügel verbesserten den Flug, ohne die Effizienz unter Wasser stark zu mindern; für einen sauberen Durchbruch durch die Oberfläche kam es zudem auf den Austrittswinkel und den Abstand des Hecks an.

Die Forschenden, zu deren Mitautoren Fachleute der EPFL und des Northwest Indian College im US-Bundesstaat Washington zählen, stellen sich vor, solche Roboter von einem Boot oder vom Ufer aus zu starten. Sie könnten zu einem interessanten Ort fliegen, für eine Probe abtauchen und mit den Daten zurückkehren – zu einem Bruchteil der bisherigen Kosten und danach gleich wieder hinaus.