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Flexibler Quadkopter übersteht Kollisionen durch Verformung und fliegt weiter
Drohnen mit starren Rahmen können bei Kollisionen leicht Schaden nehmen. FlexiQuad hat einen flexiblen Rahmen, der Aufprallkräfte absorbiert.
FlexiQuad übersteht auch einen direkten Crash mit einem Baum.
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Ein Forschungsteam der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) hat mit dem FlexiQuad einen Quadkopter entwickelt, der durch seinen flexiblen Aufbau Kollisionen bei Geschwindigkeiten bis etwa 25 km/h übersteht und weiterfliegen kann. Der speziell konstruierte Korpus der Drohne ist so angelegt, dass er sich an einigen Stellen stark verformen und Aufprallenergie aufnehmen kann, trotzdem aber genügend Steifigkeit bietet, um stabil und mit hoher Geschwindigkeit fliegen zu können.
Quadkopter-Drohnen sind fast alle nach dem gleichen Prinzip aufgebaut: An einem starren Rahmen sind vier Motoren mit Rotoren angebracht. Elektronik und Batterie sind mittig im Rahmen positioniert. Dieser Aufbau mit einem verwindungsfreien Rahmen hat den Vorteil, dass dadurch die Flugeigenschaften und die Steuerung konstant bleiben und die Drohne hohe Geschwindigkeiten erzielen kann. Doch dieser Aufbau hat einen entscheidenden Nachteil: Bei einer Kollision kann der unnachgiebige Rahmen schnell beschädigt werden. Die Forscher der ETH Zürich haben dies bei der Entwicklung des FlexiQuad berücksichtigt und einen Rahmen geschaffen, der Flexibilität und Festigkeit miteinander vereint, wie aus einer Mitteilung der Universität hervorgeht.
Die Drohne verzichtet auf einen zentralen Körper und nutzt stattdessen einen ringförmigen Rahmen aus einem weichen Material. Zentrale Verstrebungen im Inneren des Rings fehlen. Dadurch kann sich der Ring bei einem Krafteinfluss von außen verformen und Aufprallenergie zu einem großen Teil aufnehmen. Der Rahmen ist dabei aber nicht an allen Stellen gleich weich. Er kann sich zwar bei horizontalen Krafteinflüssen verformen, weist vertikal jedoch eine hohe Festigkeit auf. Die Forscher haben sich dabei an den Flügeln von Vögeln und Insekten orientiert, die sich in manchen Richtungen verformen lassen, in anderen aber steif sind. Der Vorteil dieser Festigkeit des Rings in der Vertikalen ist, dass dadurch die Steuerung und die Flugeigenschaften des Quadkopters weitgehend konstant bleiben und sich die nötigen Kräfte besser übertragen.
Die vier Motoren mit den Rotoren sind gleichmäßig am Ring verteilt. Die Elektronik sowie die Batterie befinden sich ebenfalls gleichmäßig verteilt an der Innenseite des Rings, können so bei einer Kollision also nicht so einfach beschädigt werden.
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Die Forscher schreiben, dass der weiche Rahmen keine nennenswerten Auswirkungen auf die Flugeigenschaften der Drohne hat. Der Quadkopter erziele lineare Beschleunigungen und Winkelbeschleunigungen, die mit starr aufgebauten Drohnen vergleichbar seien. Die Drohne sei agil, setze problemlos Steuerungsbefehle um und könne eine Geschwindigkeit von bis zu 80 km/h erreichen. „Weich bedeutet nicht automatisch langsam“, sagt Luca Girardi, einer der beteiligten Forscher des FlexiQuad-Projekts, der mittlerweile am Mobile Robotics Lab der ETH Zürich forscht.