Drohnen zur Umweltbeobachtung
Freundlicher Segler
Die «SailMAV»-Drohne kann aufgrund ihrer faltbaren Tragflächen fliegen und auf dem Wasser segeln. Ihr besonderes Design erlaubt es zudem, das Verhalten von Wildtieren aufzuzeichnen, da sie nicht als Eindringling wahrgenommen wird.
Ruhiges Dahingleiten und trotzdem ans Ziel kommen – so einfach kann Forschung sein. Die ultraleichte Drohne «SailMAV» fliegt zu abgelegenen Gewässern und segelt dort energiesparend und still vor sich hin. So kann der kleine Flugroboter (Micro Aerial Vehicle, kurz MAV) Daten zur Biodiversität eines alpinen Bergsees oder arktischen Fjords sammeln. «Wasservögel oder Säugetiere am Ufer lassen sich von der «SailMAV» nicht stören, so dass die Drohne unverfälschte Aussagen etwa zu den Auswirkungen des Klimawandels auf den Zustand des Ökosystems machen kann», erklärt André Farinha.
Farinha gehört zu den Entwicklern der Drohne, ein Team von Forschenden des «Sustainability Robotics»-Labors der Empa in Dübendorf und des «Aerial Robotics Laboratory» am «Imperial College London». Seine Herausforderung: der segelnden Drohne das Fliegen beibringen, obwohl die Designvorgaben für Bewegungen auf dem Wasser und in der Luft widersprüchlich sind. Farinha: «Wir konnten die aerodynamischen Eigenschaften nach mathematischen Modellierungen und dem Bau einiger Prototypen schliesslich so optimieren, dass «SailMAV» tatsächlich wie ein Katamaran auf dem Wasser segeln und mit geöffneten Flügeln fliegen kann.»
Damit die kleine Drohne den Ortswechsel von einem Gewässer zum nächsten bewerkstelligen kann, klappt sie die Seiten ihres dreiteiligen Hochleistungsflügels innerhalb von 2 Sekunden in die Horizontale, wodurch sie eine Spannweite von knapp einem Meter erreicht. Farinhas Team hat den Flugroboter aus Polymerschaum mit einer Zehntelmillimeter-dünnen Carbonhülle konstruiert und mit einer wasserabweisenden Nanopartikelschicht überzogen. So bringt «SailMAV» lediglich 520 Gramm auf die Waage. Unter Laborbedingungen erledigt die schnelle und wendige Drohne den Übergang vom Wasser in die Luft denn auch in wenigen Sekunden und auf einer Strecke von weniger als zehn Metern. Nun arbeiten die Forschenden daran, dass «SailMAV» dies auch unter realen Bedingungen bei Wind und Wetter bewerkstelligt. Künftig soll «SailMAV» zudem mit komplexeren Sensoren ausgerüstet werden, die dem unscheinbaren Vogelfreund das autonome Segeln und Fliegen erlauben.
Drohnen in ihrem Element
Empa-Forschende entwickeln Drohnen für alle Bereiche der Umwelt, dargestellt als vier "Elemente" Feuer, Wasser, Erde und Luft. Illustration: Empa
Andre Farinha
Sustainability robotics
Tel. +41 58 765 4672
Prof. Dr. Mirko Kovac
Laboratory of Sustainability Robotics
Tel. +41 58 765 4689
D Gortat, AO Ancel, A Farinha, R Zufferey, and M Kovac; Use of Superhydrophobic Surfaces for Performance: Enhancement of Aerial–Aquatic Vehicles; Advanced intelligent systems (2023); doi: 10.1002/aisy.202370006
Empa Quarterly#79 Drohnenforschung
Sie gehen für uns durchs Feuer, fallen Vögeln nicht auf und sammeln Daten aus dem Herzen von Regenwäldern, ohne Spuren zu hinterlassen: In der aktuellen Ausgabe zeigen wir Drohnen mit ungewöhnlichen Fähigkeiten. Im geplanten "DroneHub" wollen Forschende noch vielseitigere Flugroboter entwickeln und testen. Und wer lieber mit beiden Beinen fest auf dem Boden steht, findet im Heft auch Forschungsprojekte zu Quantentechnologie, Medizin, Baumaterialien und grüner Elektronik.
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Empa Quarterly#80 Forschungsförderung
Der Nachwuchs von heute sind die Entscheidungsträgerinnen und Lenker von morgen. In dieser Ausgabe stehen deshalb nicht (nur) Materialien und Technologien im Vordergrund, sondern auch die Menschen, die sie möglich machen: Forscherinnen und Forscher, Gründerinnen und Gründer, Lernende und Studierende. Durch Unterstützung auf allen beruflichen und akademischen Stufen können diese Talente neue Höhen in der Wissenschaft erreichen oder als dringend benötigte Fachkräfte in die Schweizer Wirtschaft einsteigen.
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Empa Quarterly#81 Batterieforschung
Energie speichern zu können ist ein zentraler Pfeiler eines nachhaltigen Energiesystems, stehen doch Sonnen- und Windenergie nicht immer dann ausreichend zur Verfügung, wenn man sie gerade benötigt. Gute Batterien sind deshalb unabdingbar für die Energiewende und somit für eine nachhaltigere Welt. Empa-Forschende entwickeln Akkus und Batterien für unterschiedliche Anwendungen, von stationären Energiespeichern bis hin zur Elektromobilität. Ausserdem beschäftigen sie sich auch mit der Analyse und dem Recycling von ausgedienten Akkus.
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Empa Quarterly#82 Mining the Atmosphere
Um den Klimawandel zu begrenzen, müssen wir nicht nur künftige, sondern auch historische Emissionen kompensieren. Eine Lösung wäre der «atmosphärische Staubsauger»: Wir entziehen der Atmosphäre das überschüssige CO2. Was tun damit? Anstatt den Kohlenstoff für Polymere, Arzneimittel, Fasern, Treibstoffe und Co. aus Erdöl zu gewinnen, nutzen wir atmosphärisches CO2. Das ist die simple, technisch indes enorm anspruchsvolle Idee der neuen Empa-Forschungsinitiative «Mining the Atmosphere».
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Empa Quarterly#83 Perovskite: Blick in den Kristall
Vor über 180 Jahren wurde im Uralgebirge ein kurioser Kristall entdeckt. Heute ist daraus eine ganze Materialklasse entstanden, die von grossem Interesse für die Forschung ist: die Perovskite. Gemeinsam ist allen Perovskiten ihre Kristallstruktur, die ihnen ungewöhnliche Eigenschaften verleiht. Ändert man die genaue Zusammensetzung des Perovskits, kann man diese Eigenschaften steuern. Genau das machen sich Empa-Forschende zunutze, die aus diesem vielversprechenden Material Solarzellen, Detektoren und Quantenpunkte entwickeln.
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