Der Optimierer von AeroVelo entwarf Atlas, um den 33 Jahre alten Preis für einen muskelkraftbetriebenen Hubschrauber zu gewinnen

Am 13. Juni 2013 schwebte Atlas – ein riesiges, absurd aussehendes pedalbetriebenes Gefährt – in die Luft und schrieb Geschichte, indem es den Sikorsky-Wettbewerb für muskelkraftbetriebene Hubschrauber gewann, der 33 Jahre lang zahlreiche Konstrukteure besiegt hatte. Die Aufgabe: drei Meter hoch mindestens eine Minute lang schweben, ohne aus einem 10-Meter-Quadrat zu driften. „Bis vor ein paar Wochen sagten die Leute, die buchstäblich das Buch über den Hubschrauber geschrieben haben, dass dieses Problem zu schwer sei – dass es tatsächlich physikalisch unmöglich sei“, sagte Chefstrukturingenieur Cameron Robertson.

Der Vorteil von AeroVelo bestand darin, die richtige Box zu wählen. Andere Teams argumentierten: „Wir sind auf einem Campus, also suchen wir die größte Turnhalle, um dieses Fluggerät darin zu bauen und zu testen“ – und machten die Größe der Turnhalle zu einer Designbeschränkung. Diese Beschränkung war künstlich, also entfernten sie sie und testeten in einem riesigen Indoor-Fußballstadion nahe Toronto. Von der Turnhalle befreit, setzte das Design auf schiere Größe: vier Rotoren mit jeweils 10 Metern Durchmesser – „Atlas ist so groß wie alle anderen muskelkraftbetriebenen Hubschrauber zusammen“, sagte Robertson. Das Team hatte „keine Angst davor, eine Rube-Goldberg-Maschine zu bauen“ – ein Fluggerät, das nur eines tun sollte: den Preis gewinnen.

Der Rest war systematische Modellierung. Robertson, Chef-Aerodynamiker Todd Reichert und das Team verbrachten Monate damit, „Struktur, Aerodynamik, Motorthermodynamik, Pilotenphysiologie, Kinematik, all diese verschiedenen Designüberlegungen“ digital zu modellieren, und programmierten dann einen Optimierer, der mögliche Designs mit einem „gut genug“-Satz von Toleranzen statt perfekter Genauigkeit durchlief. „Dann drückt man auf Start, und er entwirft den Hubschrauber“, sagte Robertson. „Der Lauf auf einem Laptop dauert nur fünf Minuten.“

Künstliche Beschränkungen entfernen – in einem Fußballstadion testen, nicht in der größten Turnhalle, die man hat –, die Physik modellieren und einen Software-Optimierer den Hubschrauber selbst entwerfen lassen

Es entfernte eine künstliche Beschränkung, die alle anderen akzeptiert hatten: Die Größe des Testorts, nicht die Physik, begrenzte die Entwürfe der Konkurrenten.

Der Optimierer verwandelte Design von Intuition in Suche – fünf Minuten Berechnung brachten hervor, was 33 Jahre Experteniteration nicht geschafft hatten.

Die Nicht-Spezialisierung des Teams half: Selbstbeschriebene Nicht-Spezialisten stellten Annahmen infrage, die Hubschrauberkonstrukteure als gegeben hinnahmen.

Der Sieg erforderte die Annahme einer unpraktischen Maschine – vier riesige Rotoren, nutzlos für alles außer dem Preis.

„Unmöglich“ bedeutet oft, dass jemand eine künstliche Beschränkung in die Spezifikation geschmuggelt hat: die echten Beschränkungen finden, sie modellieren und systematische Suche – nicht Intuition – die Antwort entwerfen lassen.

Robertson stellte die Methode als übertragbar auf sich langsamer verändernde Bereiche dar: „Wir haben keine 50 Jahre, um unsere Infrastruktur neu zu bewerten, den Klimawandel anzugehen oder andere unmögliche Probleme zu lösen. Eine Verbesserung um 2 % ist als richtige Antwort nicht mehr akzeptabel.“ Das Team argumentierte, dass jeder ein besserer Problemlöser werden könne, indem er denselben Geisteszustand einnehme – den Status quo infrage stellen und künstliche Beschränkungen entfernen.