Bionicbee: Festos Roboterbienen fliegen im Schwarm

Summ, summ, summ / Roboterchen summ herum: Das Esslinger Unternehmen Festo hat einen Roboter in Bienenform entwickelt und stellt ihn auf der Hannover Messe vor. Entworfen wurde die Robobiene von einer Software.

Die Bionicbee ist 22 Zentimeter lang und hat eine Flügelspannweite von 24 Zentimetern. Dabei wiegt sie nur etwa 34 Gramm.

Angetrieben wird die Bionicbee wie das natürliche Vorbild durch Schläge ihrer Flügel – anders als die echte hat die robotische Biene aber nur zwei.

Ein bürstenloser Motor treibt die Flügel an, die mit einer Frequenz von etwa 15 bis 20 Hertz schlagen. Drei Servomotoren verändern deren Geometrie. Über die Flügelstellung wird der Auftrieb variiert. Zudem sind in dem Körper noch ein Akku sowie Kommunikationstechnik verbaut.

Letztere braucht die Biene zum Navigieren: Dafür gibt es ein Indoor-Lokalisierungssystem, das mit Ultra-Breitband-Technologie (Ultra Wideband, UWB) arbeitet. Es beseht aus acht UWB-Ankern, die auf zwei Ebenen im Raum installiert sind. Diese ermöglichen eine präzise Laufzeitmessung und damit der Biene, sich im Raum zu lokalisieren.

Robobiene fliegen im Schwarm

Da die Bionicbees im Schwarm fliegen, senden die UWB-Anker Signale an die einzelnen Bienen, die eigenständig die Abstände zu den jeweiligen Sendeelementen messen und anhand der Zeitstempel ihre eigene Position im Raum berechnen können. Für den Flug im Schwarm gibt ein zentraler Rechner Pfade vor, denen die Bienen folgen.

Für den sicheren und kollisionsfreien Flug in enger Formation ist dabei eine hohe räumliche und zeitliche Genauigkeit notwendig. Das Schwarmverhalten am Boden bildete Festo vor einigen Jahren bereits mit robotischen Ameisen nach.

Beim Entwurf der Bionicbee setzte Festo erstmals Methoden des generativen Designs ein: Dabei wird eine Software mit einigen Parametern gefüttert. Auf der Basis definierter Gestaltungsprinzipien findet sie dann die optimale Struktur für eine stabile Konstruktion bei geringem Materialaufwand. Gefertigt wurden die Roboter dann von Hand.

Da schon geringste Fertigungsunterschiede das Flugverhalten beeinflussen können, verfügen die Bienen über eine automatische Kalibrierfunktion: Nach einem kurzen Testflug bestimmt jede Biene ihre individuell optimierten Reglerparameter. Intelligente Algorithmen korrigieren dann die Hardwareunterschiede, so dass der gesamte Schwarm von außen so gesteuert werden kann, als seien alle Bienen gleich.

Lernen von der Natur

Die Roboterbiene wurde im Rahmen des Bionic Learning Network entwickelt, eine Forschungsinitiative, an der neben Festo weitere Unternehmen und mehrere deutsche und ausländische Forschungseinrichtungen beteiligt sind. Ziel der Kooperation ist es, Verfahren oder Mechanismen aus der Natur auf technische Systeme zu übertragen.

Im Laufe der Jahre entstanden etwa verschiedene Greifer, die Tiere imitieren, wie der Octopus Gripper, der wie ein Fangarm ein Objekt fasst, oder der Flex Shape Gripper, dessen Vorbild die Zunge eines Chamäleons ist.

Mit dem Thema Fliegen beschäftigt sich das Bionic Learning Network seit mehr als 15 Jahren. Dabei wurden etwa eine flugfähige Möwe oder eine robotische Libelle entwickelt. Die Bionicbee ist der kleinste der im Bionic Learning Network entwickelten Flugroboter.