TÜBINGEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Forschende vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme stellen mit „Floaty“ einen passiv angetriebenen Flugroboter vor, der ohne Rotoren effizient in der Luft bleibt. Statt auf starre Starrflügel oder energiehungrige Rotoren setzt das Design auf verstellbare Flügel, die sich an Aufwinde anpassen. Im Windkanal zeigte der Prototyp Stabilität bei Strömungen von bis zu zehn Metern pro Sekunde. Die Kombination aus Lernmodell und beweglicher Aerodynamik könnte hybride Drohnen langfristig deutlich effizienter machen.
Drohnen sind längst mehr als ein Spielzeug für Technikfans. In Logistik, Vermessung und Forschung sollen sie Routen autonom finden, Hindernisse umgehen und auch unter schwierigen Bedingungen fliegen. In der Praxis bleibt die Antriebsfrage jedoch ein Engpass: Rotor-Drohnen wie klassische Quadcopters können zwar präzise schweben und manövrieren, verbrauchen dafür aber viel Energie. Starrflügel wiederum sind effizienter, verlieren aber bei geringer Flughöhe die Fähigkeit zum stabilen Stillstand. Genau an dieser Lücke setzt ein neues Forschungsvorhaben aus Tübingen an: Ein Flugroboter, der Aufwinde ausnutzt und trotzdem wie ein „Vogel im Aufwind“ in der Luft bleibt.
Der von Ghadeer Elmkaiel und Kolleginnen und Kollegen am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme (MPI-IS) entwickelte Roboter „Floaty“ ist dabei bewusst als passiv angetriebenes Design gebaut. Das Konzept lehnt sich an die Vogelphysik an: Viele Greifvögel stabilisieren ihren Flug, indem sie ihre Haltung und Geometrie an wechselnde Windströmungen anpassen. Übertragen wird das auf einen rund 340 Gramm schweren Flugkörper mit vier dünnen, trapezförmigen Flügeln. Jeder Flügel ist zweiteilig und an Karbonfaserstäben montiert; kleine Servomotoren verändern Form und Neigung, sodass der Roboter je nach Wind unterschiedliche aerodynamische Zustände einnimmt.
Technisch ist entscheidend, dass das System nicht nur mechanisch variabel ist, sondern die Flügelform aktiv „ausnutzt“, ohne dabei selbst als Antriebsmotor zu wirken. Ein lernfähiges Computermodell steuert die Geometrieänderungen so, dass Aufwinde maximal berücksichtigt werden. Dadurch kann Floaty das Gleichgewicht halten, selbst wenn seitliche Schübe es aus der idealen Position drücken. Im Gegensatz zu klassischen Multicoptern entsteht der notwendige Auftrieb nicht aus laufenden Rotoren, sondern aus dem Zusammenspiel der verstellbaren Flügel und der Strömung. Das reduziert den Energieverbrauch auf ein Niveau, das in vielen Szenarien für lange Betriebszeiten oder leichtere Energiesysteme relevant werden kann.
Wie gut dieser Ansatz unter realistischen Turbulenzen funktioniert, testete das Team im Windkanal. Dort wurde ein Luftstrom von bis zu zehn Metern pro Sekunde von unten simuliert. Anfangs zeigte Floaty Defizite und neigte zum Kippen, was die Grenze des ersten Aerodynamik-Layouts offenlegte. Die Forschenden reagierten mit zwei konstruktiven Anpassungen: Sie senkten den Schwerpunkt ab und bauten zusätzlich einen Knick in die starren Klappen ein. Diese Kombination stabilisiert das Fluggerät und ermöglicht eine automatische Korrektur des Gleichgewichts. Laut Team zeigte der Prototyp eine hohe Resilienz gegen Schwankungen, sogar dann, wenn Teile des Windgenerators abgedeckt wurden.
Für den Markt ist die eigentliche Frage, ob sich damit die klassischen Trade-offs zwischen Effizienz und Kontrolle verschieben lassen. Rotor-Drohnen von etablierten Herstellern wie DJI stehen hier symbolisch für maximale Manövrierbarkeit, bezahlen das aber häufig mit kurzer Flugzeit. Starrflügel-Plattformen sind effizienter, erfordern jedoch oft mehr Setup-Aufwand und bieten weniger „Hover-Komfort“. Floatys Ansatz liefert möglicherweise eine Brücke: Er bleibt in Situationen stabil, in denen ein reiner Starrflügel ohne zusätzliche Unterstützung nur begrenzt reagieren kann. Im Branchenvergleich ist das besonders interessant für hybride Konzepte, bei denen sich nicht nur die Mechanik, sondern auch die Regelung und die Aerodynamik enger verzahnen.
Regulatorisch und sicherheitstechnisch bleibt das Thema zentral: Sobald solche Drohnen in urbane oder halböffentliche Umgebungen gelangen, greifen Anforderungen an Registrierung, Fernidentifikation, Flugplanung und Risikobewertung. Für europäische Betreiber ist außerdem die EASA-Logik entscheidend, die je nach Einsatzszenario Betriebskategorien festlegt und damit auch Anforderungen an Sensorik, Fail-Safes und Kontrollroutinen beeinflusst. Technisch gesehen müssen deshalb autonome Flugmanöver nicht nur im Windkanal stabil sein, sondern auch in wechselnden Umgebungen zuverlässig und überprüfbar handeln. Genau hier könnte das Lernmodell helfen, allerdings braucht es für Produktion und Zulassung nachweisbare Robustheit, etwa gegen unbekannte Windprofile oder Sensorfehler.
Der Ausblick des Teams zielt auf eine deutlich breitere Anwendbarkeit. Elmkaiel nennt etwa Einsätze für Inspektionen an Fabrikschornsteinen oder die Steuerung von Wetterballons. Besonders spannend ist die geplante Kombination von Floatys Schwebtechnik mit vorhandenen Drohnenfamilien: Durch bewegliche Flügel könnten Multicopter langfristig effizienter schweben und so ihren Stromverbrauch in bestimmten Betriebszuständen senken. In der Historie tauchen ähnliche Ideen seit Jahren in der Bio-Inspiration auf, doch häufig scheiterte die Umsetzung an Gewicht, Komplexität oder an der Regelgüte. Wenn Floaty zeigt, dass sich Formvariation mit minimalem Energieeintrag realistisch beherrschen lässt, könnten sich Entwickler-Teams bei KI-gestützter Flugdynamik auf neue Optimierungsziele konzentrieren: nicht nur Trajektorien, sondern die adaptive Aerodynamik selbst.
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