Drohnen kommen in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. In der Landwirtschaft überwachen sie das Pflanzenwachstum oder spüren Rehkitze auf, bevor Flächen gemäht werden. Im Bauwesen präsentieren sie Immobilien aus der Luft oder dokumentieren Dachschäden nach einem Sturm. Auch im Privatbereich werden Drohnen immer beliebter, etwa für Luftaufnahmen im Urlaub oder beim Sport. In Zukunft könnten die Maschinen aber auch ganz anderen Zwecken dienen. Schweizer Forscher:innen ist dafür jetzt ein wichtiger Schritt gelungen: Sie haben Mini-Drohen entwickelt, die ganz ohne Akku oder Motor fliegen.
So funktionieren die neuen Mini-Drohnen
Konkret ist es Ingenieur:innen der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) gelungen, akustische Hohlräume zu entwickeln, die Schallwellen in Schub umwandeln und so ultraleichte Fluggeräte ohne verbaute Elektronik antreiben können. Das Prinzip dahinter lässt sich mit dem Pusten in eine Flasche vergleichen: Bläst man Luft über den Flaschenhals, entsteht ein Ton – die sogenannte Helmholtz-Resonanz. Diese tritt auf, wenn ein über eine Öffnung strömender Luftstrom die im Hohlraum eingeschlossene Luft zum Schwingen bringt. Bei bestimmten Frequenzen werden diese Schwingungen stärker und erzeugen das charakteristische Brummen.
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Frühere Ansätze nutzten Schallwellen, um passive Objekte in der Luft schweben zu lassen. Das EPFL-Team hat jetzt allerdings winzige Geräte entwickelt, die Schall in Antriebskraft umwandeln. Die Innovation liegt in der Herstellung hohler, runder oder glockenförmiger Strukturen. Wenn Schallwellen die Luft in ihrem Inneren in Schwingung versetzen, wird sie als konzentrierter Strahl nach außen gedrückt, während der einströmende Luftstrom diffuser bleibt. In einem Blogbeitrag der Hochschule erklärt Laborleiter Selman Sakar: „Anstatt Geräte mit Schallwellen anzutreiben, haben wir akustische Resonatoren entwickelt, die so abgestimmt sind, dass sie Schall bestimmter Frequenzen nutzen, um einen gerichteten Schub und kontrollierte Bewegungen zu erzeugen.“
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Die Mini-Drohnen sind so leicht wie ein Sandkorn
Diese schallgetriebenen Hohlräume lassen sich aus verschiedenen Materialien herstellen, darunter gängige 3D-Druckkunststoffe, gummiartige Polymere und Glas. Das Forschungsteam baute so winzige Boote mit bis zu drei Hohlräumen, die jeweils auf eine andere hörbare Frequenz abgestimmt und so positioniert sind, dass sie das Boot in eine bestimmte Richtung schieben. Durch Veränderung der Frequenz der Schallwellen aus einem Lautsprecher konnten die Forscher:innen gezielt verschiedene Hohlräume aktivieren und so die Boote um Hindernisse bewegen.
Mithilfe einer 3D-Nanodrucktechnik baute das Team außerdem winzige Drohnen. Diese wiegen nur etwa 150 Mikrogramm – etwa so viel wie ein Sandkorn. Genau diese geringe Größe steht im Fokus künftiger Einsätze. Zwar befindet sich die Forschung noch in einem frühen Stadium, verglichen mit anderen Miniaturflugtechniken erlaubt die Tonfrequenz-Steuerung aber eine große Variabilität. Mithilfe eines gezielten künstlichen Schallfeldes könnten sich winzige Drohnen beispielsweise durch enge Rohre leiten lassen, um Risse zu finden, oder für minimalinvasive Untersuchungen an lebenden Organismen eingesetzt werden. Die kompletten Studienergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.
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