Ein Mini-Roboter, der die Geheimnisse des Nashornkäfers lüftet und seine einzigartige Flugfähigkeit imitiert

Katya da Mosca, Russia - Wikimedia commons - CC BY-SA 2.0

Ein Forscherteam hat sich vom Nashornkäfer inspirieren lassen und einen winzigen Roboter entwickelt, der einige seiner außergewöhnlichen Flugeigenschaften imitiert.

Die passive Flügelspannweite des Rhinozeroskäfers

In der Natur gibt es ein Insekt namens Nashornkäfer, dessen Flug eine Besonderheit aufweist, die man als "speziell" bezeichnen kann: Er kann seine Hinterflügel ohne die Hilfe von Muskeln entfalten und schließen. Eine Eigenschaft, die nur dieses Tier besitzt und die die Aufmerksamkeit eines internationalen Forscherteams erregt hat, das einen Mikroroboter schaffen wollte, der in der Lage ist, wie der Nashornkäfer mit den Flügeln zu schlagen und das gleiche passive Öffnen der Flügel zu imitieren.

Das Ziel? Es sollte gezeigt werden, dass dieser einzigartige Modus ein kontrolliertes Flugmuster mit hoher Stabilität erzeugen kann. Um das Projekt in die Tat umzusetzen, beobachteten die Forscher die Insekten der Art Allomyrina dichotoma im Flug und filmten ihre Bewegungen in Zeitlupe mit speziellen Kameras, die mit hoher Geschwindigkeit synchronisiert wurden. Anschließend entwickelten sie mit derselben Technik einen Miniroboter, der seine Flügel öffnen und wieder einfahren kann.

Mikroroboter ahmt Flugtechnik des geflügelten Nashorns nach

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Durch die Studie entdeckte das Team, dass der Nashornkäfer elastische Energie und die Kraft des Schlags nutzt, um seine Hinterflügel während des Flugs passiv zu spreizen, während er seine harten, robusten Vorderflügel, die so genannten Elytren, anstelle seiner Thoraxmuskeln zum Einziehen verwendet. Auf der Grundlage dieser Informationen replizierten die Forscher denselben Modus Operandi in dem Mikroroboter und ahmten erfolgreich nicht nur das Ausfahren der Flügel beim Start, sondern auch den stationären Flug in der Luft und das Einziehen der Flügel bei der Landung oder im Hinblick auf eine Kollision nach.

Diese Ergebnisse, so das Team, bereichern unser Wissen darüber, wie geflügelte Insekten fliegen, und ebnen den Weg für die Entwicklung von Robotern in Mikrogröße. Flügel sind für diese Lebewesen für eine Vielzahl lebenswichtiger Aktivitäten unentbehrlich, etwa für die Nahrungssuche und die Flucht vor Raubtieren. Sie sind sehr empfindlich, aber auch von grundlegender Bedeutung und müssen daher geschützt werden: Um dies zu erreichen, falten viele Insekten sie an ihren Körper, um mögliche Schäden zu vermeiden, wenn der Flug nicht geplant ist.

Die Zentrifugalkraft der Flügel ist das Geheimnis des geflügelten Nashorns

Frühere Forschungen gingen davon aus, dass das Entfalten und Einziehen der Flügel beim geflügelten Nashorn durch Muskeln gesteuert wird, was jedoch nie bewiesen werden konnte. Tatsächlich öffnet dieser Käfer seine Flügel in zwei verschiedenen Momenten: Im ersten Moment werden die Flügeldecken vollständig angehoben, und unmittelbar danach kommt es zu einer teilweisen Öffnung der Hinterflügel, die offenbar durch die gespeicherte elastische Energie und nicht durch den Einsatz von Muskeln bestimmt wird.

In einem zweiten Moment schlagen die vier Flügel synchron, wobei sich die Hinterflügel vollständig öffnen. Nach Ansicht des Teams begünstigt die Zentrifugalkraft des Schlags das passive Öffnen der Hinterflügel. Der Mikroroboter bestätigte diese Überlegungen und wurde mit einer elastischen Sehne ausgestattet, die das Schließen und Öffnen der Flügel erleichtert und beim Schlagen der Flügel ausgelöst wird. Mit Hilfe dieses Modells konnte gezeigt werden, dass die durch den Flügelschlag erzeugte Zentrifugalkraft allein ausreicht, um die Flügel anzuheben.