Eine neue Drohne aus den Vereinigten Staaten nutzt weder Tarnfarbe noch lichtbrechende Optik, sondern eine Schwäche des menschlichen Sehsystems. Der Prototyp dreht sich im Flug bis zu 25 Mal pro Sekunde um die eigene Achse und löst sich für Beobachter in einen fahlen Schleier auf. Nach der von den Entwicklern verwendeten Sichtbarkeitsmetrik fällt das Fluggerät rund zehnmal weniger auf als ein herkömmliches Modell vergleichbarer Größe. Entstanden ist der Entwurf nicht am Reißbrett, sondern in einem automatisierten Suchlauf durch rund 20.000 flugfähige Konfigurationen.
Drohnen sind in der Feldforschung längst Routine, doch sie verändern genau das, was sie beobachten sollen. Vögel verlassen ihre Nester, Herden zerstreuen sich, und auch Menschen verhalten sich anders, sobald ein Fluggerät über ihnen kreist. Bisherige Lösungsversuche setzten deshalb an der Erscheinung an, etwa mit Tarnlackierungen, durchsichtigen Kunststoffen oder optischen Systemen, die Licht um den Körper herumlenken. Ein Team der Northwestern University im US-Bundesstaat Illinois hat den Ansatz umgedreht und nicht das Objekt an die Umgebung angepasst, sondern die Drohne an die Grenzen der menschlichen Wahrnehmung. Grundlage ist ein Effekt, den jeder aus dem Alltag kennt: Ein laufender Ventilator wirkt halbdurchsichtig, weil das Auge die Flügel nicht mehr einzeln auflösen kann. Fachlich heißt dieses Phänomen Bewegungsunschärfe, und es entsteht, weil die Netzhaut eingehende Signale über eine gewisse Zeitspanne aufsummiert.
Diese Integrationszeit liegt beim Menschen bei ungefähr 100 Millisekunden. Alles, was sich innerhalb dieses Fensters schnell genug bewegt, wird nicht als scharfe Kontur wahrgenommen, sondern mit dem Hintergrund verrechnet. Ein klassischer Quadrocopter profitiert davon nur teilweise, denn zwar verwischen seine vier Propeller, der Rumpf mit Motor, Akku und Elektronik bleibt jedoch ruhig und damit klar sichtbar. Genau an dieser Stelle setzt der neue Entwurf an. Er besitzt lediglich einen Motor und einen einzigen Propeller, der sich in die eine Richtung dreht, während der gesamte übrige Aufbau in die entgegengesetzte Richtung läuft. Es gibt damit kein stehendes Bauteil mehr, an dem sich der Blick festhalten könnte. Wie stark dieser Kunstgriff tatsächlich wirkt und unter welchen Bedingungen er versagt, zeigt erst der genauere Blick auf Entwurf und Messung.
Der optische Gewinn entsteht nicht allein durch Tempo, sondern vor allem durch die Verteilung der Masse. Motor, Platine, Akkus und Gegengewicht sitzen auf unterschiedlichen Höhen und in unterschiedlichen Winkeln, mit viel leerem Raum dazwischen, damit sie sich während des Umlaufs nicht gegenseitig verdecken. Bei einer Rotation von 15 bis 25 Hertz verschmieren diese wenigen undurchsichtigen Teile über die gesamte Kreisbahn, und das Auge mittelt sie mit dem Hintergrund. Nach Angaben der Northwestern University bleibt statt einer klaren Silhouette nur ein leichter Dunst übrig, der sich kaum vom Himmel oder von einer Baumkrone abhebt. Die verwendete Sichtbarkeitsmetrik beziffert den Unterschied auf etwa den Faktor zehn gegenüber einem gewöhnlichen Quadrocopter. Vollständig verschwunden ist das Gerät damit nicht, denn dünne Drähte und Stützstreben bleiben bei günstigem Licht und aus bestimmten Blickwinkeln erkennbar.
Bemerkenswert ist weniger das fertige Gerät als der Weg dorthin. Zunächst erzeugte ein Rechenmodell rund 20.000 Konfigurationen, die überhaupt stabil fliegen können. Anschließend ordneten Optimierungsalgorithmen die Hauptkomponenten immer wieder neu an und prüften jede Variante daraufhin, wie stark sie auffällt. Dazu wurde jeder Kandidat in der Simulation rotierend vor etwa hundert reale Hintergründe gelegt und von einem Wahrnehmungsmodell bewertet, das dem menschlichen Sehen nachempfunden ist. Die 500 unauffälligsten Entwürfe gingen in eine weitere Optimierungsrunde, erst danach entstand ein physisches Exemplar. Vorgestellt wurde die Arbeit unter dem Titel Computational Design of a Low-Visibility UAV, und der gesamte Entwurfsprozess lief nach Angabe von Michael Rubenstein vollständig automatisiert ab, bevor überhaupt ein Bauteil bestellt wurde.
Der praktische Nutzen liegt nach Einschätzung der Beteiligten weniger im militärischen Bereich als in der Feldarbeit. Brütende Vögel lassen sich schlecht dokumentieren, wenn die Beobachtung selbst die Tiere vom Nest treibt, und in Feuchtgebieten genügt oft ein einziger Überflug, um ganze Schwärme aufzuscheuchen. Eine schwer sichtbare Plattform könnte hier Daten liefern, ohne das Verhalten zu verfälschen, was für die Tierbeobachtung ein grundsätzliches Problem entschärfen würde. Ähnliches gilt für die Prüfung alternder Bauwerke, bei der auch Menschen ihr Verhalten ändern, sobald sie ein Fluggerät bemerken. Parallel dazu entwickelt sich die akustische Erfassung weiter, etwa mit einer Tierstimmen-App für fast 10.000 Arten, sodass optische und akustische Verfahren künftig sinnvoll kombiniert werden könnten.
Offen bleibt, wie gut sich das Prinzip skalieren lässt. Größere Fluggeräte tragen mehr Masse, und die Fliehkräfte steigen mit dem Quadrat der Drehzahl, was die Anforderungen an Auswuchtung und Material rasch verschärft. Auch die Wahrnehmung von Tieren unterscheidet sich zum Teil erheblich von der des Menschen, denn viele Vogelarten verarbeiten schnelle Bewegungen zeitlich feiner und dürften den Schleier deutlich früher als Objekt erkennen. Hinzu kommt, dass optische Unauffälligkeit weder Radar noch Wärmebild noch maschinelles Sehen täuscht, und der Antrieb erzeugt weiterhin ein deutlich hörbares Geräusch. Die Entwickler kündigen bereits transparentere Materialien und leisere Propulsion an, und wie schnell solche Verbesserungen bei Drohnen in der Praxis ankommen, hat sich in den vergangenen Jahren mehrfach gezeigt.