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Vogelflug entschlüsselt

: Festo


Es ist einer der ältesten Menschheitsträume: Fliegen wie ein Vogel, sich frei in der Luft bewegen, um die Welt aus der Vogelperspektive betrachten zu können. Vögel verschaffen sich mit der Muskelkraft ihrer Flügel Auftrieb und erzeugen damit die nötige Schubkraft, um den Strömungswiderstand zu überwinden und ihren Körper in Bewegung zu setzen. Vögel messen, steuern und regeln ihren Bewegungsablauf fortlaufend und völlig autonom.

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Dem Forscherteam des Familienunternehmens Festo ist es 2011 gelungen, das Rätsel um den Vogelflug zu lüften. Der Schlüssel ist dabei eine ganz besondere Bewegung, die den SmartBird von den bisherigen Schlagflügelapparaten unterscheidet und die es dem ultraleichten und leistungsstarken Flugmodell ermöglicht, eigenständig zu starten, zu fliegen und zu landen.

Dem Forscherteam des Familienunternehmens Festo ist es 2011 gelungen, das Rätsel...

Einem Forscherteam von Festo ist es in diesem Jahr gelungen, das Rätsel um den Vogelflug zu lüften. Der Schlüssel dazu ist SmartBird – mit einer ganz besonderen Bewegung, die es dem ultraleichten und leistungsstarken Flugmodell ermöglicht, eigenständig zu starten, zu fliegen und zu landen.

Der SmartBird fliegt, gleitet und segelt durch die Luft, ganz nach seinem Vorbild aus der Natur – der Silbermöwe – ohne zusätzlichen Antrieb. Seine Flügel schlagen dabei nicht nur auf und ab, sondern verdrehen sich gezielt. Dies geschieht durch einen aktiven Gelenktorsionsantrieb, der, in Verbindung mit einer komplexen Regelung, bisher unerreichte Wirkungsgrade im Flugbetrieb realisiert. Damit gelingt Festo erstmals eine energieeffiziente, technische Adaption des natürlichen Vorbilds.

Faszination SmartBird

Bei der Entwicklung des Modells konnten die Ingenieure aus der Vielfalt bereits gewonnener Erkenntnisse und entwickelter Innovationen schöpfen. Die Erfahrung der Bionic Learning Projekte AirRay und AirPenguin flossen in die Konzeption des SmartBird mit ein.

Die Faszination, den Vogel nur mit Hilfe des Flügelschlags starten, fliegen und landen zu lassen, war der Antrieb für die Entwickler. Die beiden Flügel benötigen dabei lediglich ca. 23 Watt Leistung – dies bei einem Gesamtgewicht von ca. 450 g und einer
Flügelspannweite von zwei Metern.

Bei Messungen konnten elektromechanische Wirkungsgrade bis 45 % und aerodynamische Wirkungsgrade bis zu 80 % ermittelt werden. So ist der SmartBird ein tolles Beispiel für die Funktionsintegration, den ressourceneffizienten, extremen Leichtbau und die optimale Nutzung der Strömungsphänomene in der Luft.

Die On-Board-Elektronik ermöglicht eine präzise Ansteuerung der Flügel. Zusätzlich können die Steuerparameter in Echtzeit eingestellt werden. Die Steuerung des Ablaufs von Flügelschlag und Verdrehung erfolgt im Millisekunden-Takt und bewirkt optimale Strömungsverhältnisse. Das Flugmodell SmartBird kommt dabei in der Außenhülle ohne rotierende Teile aus und schließt damit die Gefahr von Verletzungen aus.
Die präparierte Silbermöwe ist eine Leihgabe des Staatlichen Museums für Naturkunde in Stuttgart.

Technische Daten
Rumpflänge: 1,07 m
Spannweite: 2,00 m
Gewicht: 0,450 kg
Batterie: Lithiumpolymer Akku, 2 Zellen, 7,4 V, 450 mA
Servos: 2 Digitalservos mit 3,5 kg Stellkraft für
die Kopf- und Schwanzsteuerung – 2 Digitalservos für die Flügeltorsion mit 45° Stellweg in 0,03 sec
El. Leistung: 23 Watt
Struktur: Kohlefaser Leichtbau
Verkleidung: extrudierter Polyurethanschaum
Mikrocontroller: MCU LM3S811
32 Bit Mikrocontroller@50 MHz
64 Kbytes Flash, 8 Kbytes RAM
Funkübertragung: 868 Mhz/2,4 GHz
bidirektionale Funkübertragung, basierend auf ZigBee Protocol
Motor: Compact 135, bürstenlos
Sensorik: Motorpositionierung 3 x Hall Sensoren TLE4906
Accelerometer: LIS302DLH
Power Management: 2 Zellen LiPo-Akku mit Spannungsüberwachung und Stromüberwachung ACS715
LED-Ansteuerung: TPIC 2810D


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