Donnerstag, 19. Mai 2022

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Forschungsprojekt
Hummeln als Sensor-Transporter

Viele Wissenschaftler nutzen Drohnen, um aus der Luft Messdaten zu erheben. Aber Einsatzdauer und Aktionsradius der Fluggeräte sind stark begrenzt; jedenfalls beim derzeitigen Stand der Akku-Technologie. US-Forscher haben einen Lastenträger für Mess-Sensoren ausprobiert, der ohne Strom auskommt.

Von Lucian Haas | 25.02.2019

Hummel mit Sensor auf dem Rücken
Hummel mit Sensor auf dem Rücken (Foto: Mark Stone/University of Washington)
Kleine Sensoren, die die Umwelt überwachen, sind in der Regel ortsfest installiert. Will man sie beweglich gestalten, braucht man einen Träger: Miniaturisierte Drohnen in Form einer Roboterfliege zum Beispiel. In der Praxis kommt man damit allerdings nicht sehr weit, wie Vikram Iyer von der University of Washington in Seattle aus eigener Erfahrung weiß: Die kurze Laufzeit der Minibatterien sei das Problem, sagt er. Die Energie werde allein schon für den Flug schnell verbraucht.
Vikram Iyer ist ein Experte für Sensornetzwerke und arbeitet im Projektteam von Robofly. Das ist der Prototyp einer mechanischen Fliegendrohne. Wegen des hohen Energieverbrauchs kann sie sich aber gerade einmal ein paar Minuten lang in der Luft halten. Bei der Suche nach einer Lösung, um längere Flugzeiten zu erreichen, testeten die Forscher jüngst eine ungewöhnliche Idee.
"Wir verfolgten einen ganz anderen Ansatz und setzten die Sensoren huckepack auf natürliche Flugmaschinen. Hummeln haben sich über Jahrtausende zu sehr effizienten Fliegern entwickelt. Mit der passenden Nahrung können sie stundenlang fliegen."
Effiziente Schwertransporter
Hummeln sind zudem auch echte Lastenträger. Das Doppelte ihres eigenen Körpergewichts von rund 1,2 Gramm können sie in die Luft bringen. Vikram Iyer entwickelte eine kleine elektronische Sensorplattform, so groß wie ein halbes Reiskorn und nur 100 Milligramm schwer. Diese kann er den Hummeln einfach auf den Rücken kleben.
"Die kleinen Tiere können damit herumfliegen und dabei Messdaten sammeln, zum Beispiel zu Temperatur oder Feuchtigkeit. Das könnte man zur Überwachung von Farmen nutzen, wo die Hummeln schon von Natur aus leben. Man könnte so ein System aber auch in der biologischen Forschung einsetzen, um das Verhalten der Hummeln besser zu verstehen, und wie es sich durch den Klimawandel oder Pestizideinsatz verändert."
Die Forscher entwickelten sogar eine spezielle Technik, um die Position der Hummeln im Flug relativ exakt verfolgen zu können. Dafür werden an vier Ecken eines Feldes Peilsender aufgestellt.
Peil-System für das Messwert-Tracking
"Die Hummel trägt einen sehr kleinen Empfänger, der anhand der Stärke der Funksignale seine Position im Raum bestimmt. Man kann sich das vorstellen wie eine miniaturisierte, sehr sparsame Form eines GPS-Systems."
In Versuchen konnten die Forscher bereits zeigen, dass sich mit dieser Technik die Position der Hummeln bis auf rund einen Meter genau bestimmen lässt. Das System funktioniert bis zu einer Distanz von 80 Metern zu den Sendern. Damit lässt sich über einer Fläche von etwa der Größe eines Fußballplatzes zu jedem Messwert stets auch die zugehörige Position erfassen und abspeichern. Am Ende ihres Fluges kehren die Hummeln immer zu ihrem Nest zurück, was Vikram Iyer auszunutzen weiß:
"Das ist ein guter Platz für uns, um einen drahtlosen Zugriffspunkt zu installieren. Wenn die Hummeln ins Nest zurückkommen, lesen wir die Messdaten aus."
Fernsteuern lassen sich die Hummeln nicht
Auch das geschieht per Funk. Im Nest werden sogar die Akkus der Sensoren drahtlos wieder aufgeladen. Die Hummeln können sich dabei ganz frei bewegen. Eine volle Ladung reicht für rund sieben Stunden Messbetrieb außerhalb des Nestes aus. Bleibt am Ende nur ein Nachteil der lebenden Sensor-Drohnen: Fernsteuern lassen sich die Hummeln nicht. Sie fliegen, wohin sie wollen. Gezielte Messungen lassen sich damit also nicht durchführen. Das ist auch der Grund, warum Vikram Iyer und seine Kollegen parallel weiter an der Entwicklung ihrer fernsteuerbaren Drohne Robofly arbeiten.