Dennis L.
Ein neuer Flugroboter aus der deutschen Forschung bleibt ohne einen einzigen Rotor in der Luft und nutzt dafür allein aufsteigende Luftströmungen. Der Prototyp mit dem Namen Floaty verstellt vier bewegliche Klappen an seiner Oberseite und verändert so laufend seine Form, um im Aufwind stabil zu schweben. In einem Windkanal hielt sich das System bei vertikalen Strömungen von bis zu 10 m/s zuverlässig in der Balance. Hinter der ungewöhnlichen Flugweise steckt ein Vorbild, das seit Jahrmillionen dieselbe Technik beherrscht.
Fliegende Maschinen stehen seit jeher vor einem grundlegenden Zielkonflikt. Klassische Multicopter mit Rotoren sind extrem wendig, können in jede Richtung fliegen und auf der Stelle schweben, verbrauchen dafür aber viel Energie und begrenzen so ihre Reichweite und Flugdauer. Starrflügler wie Flugzeuge oder Segelflugmodelle gleiten dagegen sehr sparsam durch die Luft, verlieren jedoch die Fähigkeit, an einem festen Punkt in der Luft zu verharren. Wer ein Fluggerät bauen will, das sowohl energieeffizient als auch stationär schweben kann, muss diesen Widerspruch auflösen. Genau hier setzt eine neue Generation von Flugrobotern an, die weniger auf rohe Schubkraft und mehr auf ein intelligentes Zusammenspiel aus Form, Luftströmung und Steuerung setzt. Der Begriff Flugroboter beschreibt dabei unbemannte Systeme, die eigenständig ihre Lage regeln und komplexe Manöver ausführen können.
Die Natur hat für dieses Problem längst eine elegante Lösung gefunden. Greifvögel wie der Turmfalke nutzen aufsteigende Luftströmungen, sogenannte Aufwinde, um über Minuten fast bewegungslos in der Luft zu stehen, ohne mit den Flügeln zu schlagen. Sie verändern dazu feinfühlig die Stellung und Wölbung ihrer Flügel und ihres Schwanzes und passen so ihren Luftwiderstand permanent an die wechselnde Strömung an. Dieses Prinzip, bei dem die Körperform selbst zur Steuerung beiträgt, wird als morphologische Kontrolle bezeichnet. Überträgt man es auf die Technik, entsteht die Idee eines Fluggeräts, das die Energie eines vertikalen Windes anzapft, statt sie mühsam über Motoren selbst zu erzeugen. Solche Aufwinde treten in der realen Welt häufiger auf als gedacht, etwa über aufgeheizten Flächen, an Hängen oder über industriellen Abluftquellen, und bieten eine bislang kaum genutzte Energiereserve für kleine autonome Flugsysteme.
Ein Team des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Tübingen und der Universität Stuttgart hat einen solchen Flugroboter nun tatsächlich gebaut und Ende Juni 2026 im Fachjournal npj Robotics vorgestellt. Der Prototyp trägt den Namen Floaty und kommt vollständig ohne Propeller oder Rotoren aus. Statt Schub zu erzeugen, verändert er aktiv seine äußere Form, um die ihn umströmende Luft gezielt zu lenken. Auf seiner Oberseite sitzen vier bewegliche Klappen, die sich unabhängig voneinander drehen lassen und dadurch den Luftwiderstand an verschiedenen Stellen des Körpers verändern. Die Details der Konstruktion beschreibt eine im Fachjournal npj Robotics veröffentlichte Studie, die aus einer mehrjährigen Zusammenarbeit der beteiligten Institute hervorging. Erstautor Ghadeer Elmkaiel und seine Kollegen verfolgten dabei das Ziel, die Lücke zwischen sparsamen Starrflüglern und wendigen Rotordrohnen zu schließen.
Damit Floaty im wechselhaften Wind nicht kippt, steuert ein erlerntes aerodynamisches Modell die vier Klappen. Dieses Modell entstand aus zahlreichen Messreihen im Windkanal, in denen das Team erfasste, wie sich unterschiedliche Klappenstellungen auf Auftrieb und Drehmoment auswirken. Auf dieser Grundlage regelt der Flugroboter seine Form viele Male pro Sekunde nach und gleicht Böen oder gezielte Stöße selbstständig aus. Besonders bemerkenswert ist die Energiebilanz: Laut den in einem frei zugänglichen wissenschaftlichen Vorabdruck dokumentierten Messungen liegt der spezifische Leistungsbedarf von Floaty bei etwa 10 W/kg. Das ist rund eine Größenordnung weniger als bei vergleichbaren schuberzeugenden Systemen und etwa siebenmal geringer als bei einer eigens gebauten Quadcopter-Drohne, die denselben Aufwind ausnutzte. Diese Zahlen belegen, wie viel Energie sich durch das passive Segeln im Aufwind einsparen lässt.
Das Vorbild für dieses Vorgehen liefert erneut die Tierwelt, in der das Ausnutzen von Aufwinden zur perfektionierten Kunst geworden ist. Schon früher haben Ingenieure versucht, die Flugtricks von Vögeln technisch nachzubauen, etwa beim gezielten Zugreifen im Flug, wie es eine an das Greifverhalten des Adlers angelehnte dem Seeadler nachempfundene Quadcopter-Drohne zeigte. Floaty geht jedoch einen Schritt weiter, weil nicht nur ein einzelnes Bauteil, sondern die gesamte Körperform zur Steuerung genutzt wird. Anfangs neigte der flache Rumpf dazu, seitlich wegzukippen, statt sich selbst zu stabilisieren. Erst die Kombination aus einer angepassten Geometrie und der lernenden Regelung machte das ruhige Schweben möglich. Damit demonstriert der Prototyp, dass morphologische Kontrolle kein rein biologisches Phänomen bleiben muss, sondern sich auf robuste technische Systeme übertragen lässt.
Für die Praxis eröffnet das Prinzip eine Reihe von Einsatzfeldern, in denen ohnehin starke Aufwinde herrschen. Die Forscher nennen etwa die Inspektion von Industrieschornsteinen, über denen heiße Abluft aufsteigt und einem passiv segelnden System quasi kostenlos Auftrieb liefert. Auch die Führung von Wetterballons oder sogar die Lagekontrolle von Raketen beim Wiedereintritt in die Atmosphäre werden als denkbare Anwendungen genannt, weil dort ebenfalls kräftige vertikale Strömungen wirken. Bis zu einem breiten Einsatz sind allerdings noch Fragen offen: Bislang wurde Floaty vor allem unter kontrollierten Bedingungen im Windkanal getestet, wo sich Stärke und Richtung des Aufwinds genau einstellen lassen. Wie robust das System unter freiem Himmel mit unregelmäßigen Böen arbeitet, muss sich erst zeigen. Die Autoren sehen ihren Prototyp daher als Grundlagenarbeit, die neue Wege für sparsamere und nachhaltigere Flugroboter aufzeigt.
Langfristig könnte die Technik auch bestehende Drohnen ergänzen. Die Forscher halten hybride Konzepte für möglich, bei denen verstellbare Flügel einen herkömmlichen Multicopter phasenweise entlasten und so dessen Stromverbrauch senken. Solche Kombinationen würden die hohe Manövrierfähigkeit heutiger Rotorsysteme mit der Energieeffizienz des passiven Segelns verbinden. Damit rückt ein Flugroboter in Reichweite, der je nach Windlage flexibel zwischen aktivem Antrieb und reinem Gleiten wechselt. Für Anwendungen mit langer Verweildauer in der Luft, etwa in der Umweltbeobachtung oder der Überwachung großer Anlagen, wäre ein solcher Ansatz besonders attraktiv. Ob und wie schnell sich das Prinzip vom Windkanal in den Alltag übertragen lässt, hängt nun von weiteren Tests und einer robusteren Auslegung ab, doch die grundlegende Machbarkeit gilt nach der aktuellen Veröffentlichung als belegt.
npj Robotics, Embodied intelligence for sustainable flight: a soaring robot with active morphological control; doi:10.1038/s44182-026-00086-z