Ein niederländisches Labor ließ eine Drohne ohne Seitenruder fliegen, indem es ihr Taubenreflexe gab

Die meisten Flugzeuge tragen vertikale Leitwerke oder Seitenruder, um das Dutch Roll zu zähmen – die eisläuferartige Mischung aus Gieren, Schieben und Rollen. Das Leitwerk erhöht Gewicht und Luftwiderstand, was Verkehrsflugzeugen Treibstoff kostet und die Radar-Signatur vergrößert, ein Problem für Tarnkappenflugzeuge. Der seitenruderlose B-2-Bomber behilft sich mit Widerstandsklappen an den Flügelspitzen, was der Luft- und Raumfahrtingenieur und Biologe David Lentink von der Universität Groningen als ineffizient bezeichnet: Der effiziente Weg bestehe darin, Stabilität durch Auftriebserzeugung zu lösen, und genau das täten Vögel.

Im Jahr 1929 argumentierte der deutsche Wissenschaftler Franz Groebbels, Vögel flögen wie „automatische Flugzeuge“ und stabilisierten sich durch Reflexe – Schwanzumlegen, wenn der Körper nickt, asymmetrisches Ausfahren der Flügel, wenn er rollt. Lentinks Team testete die Hypothese, indem es von ihr rückwärts baute. Der erste Roboter, Tailbot – feste Flügel, ein Schwanz mit fünf Freiheitsgraden – blieb in einem simulierten turbulenten Windkanal unter einem Reflexregler stabil, stürzte aber im Freien ab. Die Lösung war PigeonBot II: taubenähnliche formverändernde Flügel, die sich unabhängig voneinander anlegen und ausfahren, neun Servos, etwa das Gewicht einer echten Taube und echte Federn.

Ein serienmäßiger Pixracer-Drohnenautopilot versteht nur herkömmliche Quadrocopter-Steuerungen, daher sitzt ein Arduino zwischen Autopilot und Roboter und übersetzt Befehle in Flügel- und Schwanzbewegungen. Im Freien startete, flog und landete PigeonBot II vollständig autonom – oder auf übergeordnete Bedienerbefehle wie hoch, runter, wenden –, wobei die Flugstabilisierung vollständig auf vogelähnlichen Reflexen beruhte. Groebbels' Vermutung von 1929 hat nun eine fliegende Demonstration.

Eine Komponente trotzt noch immer der Technik: die Federn selbst, mit 3D-Häkchen von 10 Mikrometern, die den weltweit einzigen einseitigen Klettverschluss bilden, wobei jedes verriegelte Häkchen Lasten von bis zu 20 Gramm trägt. Keine hergestellte Struktur ist gleichzeitig so leicht, steif und komplex, daher fliegen die Roboter mit echten Taubenfedern.

Das Seitenruder durch die Antwort des Vogels ersetzen: Ein reflexartiger Regler faltet und spreizt formverändernde Flügel und Schwanz und stabilisiert mit Auftrieb statt mit Widerstand.

Es packt die Kosten des Leitwerks an der Wurzel an – Stabilisierung durch auftriebserzeugende Formänderung wie bei Vögeln, statt mit verschwenderischen Widerstandsklappen wie bei der B-2 zu flicken.

Eine 95 Jahre alte biologische Hypothese wurde zum fliegenden Ingenieurtest: Baue die Reflexschleife und sieh, ob die Theorie in der Luft bleibt.

Die Avionik blieb Standardhardware: Ein Zwischen-Arduino ließ einen serienmäßigen Drohnenautopilot formverändernde Flügel und einen Schwanz mit fünf Freiheitsgraden befehligen.

Das Entfernen des Seitenruders beseitigt dessen Gewicht, Luftwiderstand und Radar-Signatur in einem Zug – genau der Sinn des seitenruderlosen Fliegens.

Wenn eine Steuerfläche zu teuer ist, leihe dir die Lösung des Tieres: verteilte Formänderung, angetrieben von schnellen Reflexen, kann das Bauteil vollständig ersetzen.

PigeonBot II bestand den Freilufttest: autonomer Start, Flug und Landung, stabilisiert allein durch den Reflexregler, wobei ein Bediener nur übergeordnete Befehle gab. Das Team fliegt weiterhin mit echten Federn, weil nichts Konstruiertes ihnen gleichkommt; das Ergebnis gibt Flugzeugkonstrukteuren einen auftriebsbasierten Weg zum seitenruderlosen Flug, bei dem ein vertikales Leitwerk genau die Bürde ist.