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Ornithopter: Von Leonardo da Vinci bis heute

José Luis Periañez

José Luis Periañez

AERTEC / Aerospace engineering

Wir müssen uns bis ins 15. Jh. zurückbegeben, um einen der eigenartigsten und vielseitigsten Renaissance-Erfinder kennenzulernen. Seine umfangreichen Arbeiten umfassten Malerei, Anatomie, Architektur, Botanik, Philosophie, Ingenieurwesen, Städtebau und viele andere Disziplinen. In einigen Fällen bedeuteten sie eine Revolution für die kommenden Jahrhunderte.  Tatsächlich kann man ihn als einen der Pioniere der Luft bezeichnen, was seine Arbeit im Bereich der theoretischen Studien, die Entwicklung von fliegenden Apparaten und selbst von Modellen, auch wenn keine Nachweise dazu vorliegen, dass eine seiner genialen Erfindungen auch wirklich geflogen ist.

Über 500 Jahre nachdem Leonardo seine Entwicklung vorstellte, kann der Ornithopter endlich seine Flügel erheben und mit seinen Leistungen mit anderen unbemannten Luftfahrzeugen konkurrieren.

Leonardo hinterließ verschiedene Schriftstücke, in denen er seine Studien zur Flugmechanik der Vögel dokumentierte. Hervorzuheben ist dabei der “Kodex über den Vogelflug”, eine gebundene Sammlung von 18 Seiten, die auf das Jahr 1505 zurückgeht und seine Studien und Illustrationen enthält.

Zu den Maschinen, die er entwarf, um sich in die Lüfte zu erheben, gehört eine, die von der Physiognomie eines Vogels inspiriert ist und bei der die Flügel mechanisch vom Piloten betätigt wurden. Diese Erfindung basierte auf einer langen und umfangreichen Untersuchung zur Mechanik des Vogelflugs mit dem Grundgedanken den Menschen mit Flügeln auszustatten, die es ihm erlauben würden, zu fliegen. Ihr Name: Ornithopter.

Das Konzept war jedoch weit davon entfernt, das erhoffte Resultat zu erbringen. Das Hauptproblem lag in der enormen Kraftanstrengung, die notwendig war, um die Flügel zu schlagen und es dem Apparat zu erlauben, in die Lüfte zu steigen. Die einzige nachweisbare Konstruktion eines seiner Fluggeräte führte er im Jahre 1495 aus und präsentierte es in einer öffentlichen Vorführung am 3. Januar 1496 in Mailand, diese war aber nicht von Erfolg gekrönt.

Tatsächlich waren seine ganzen Arbeiten ihrer Zeit weit voraus und dieser Entwurf geriet, wie viele andere auch, im Laufe der Jahrhunderte auf den alten Blättern seiner Schriftensammlungen in Vergessenheit.

Auch heute hätten wir immer noch dasselbe Entwurfsproblem. Mehr noch, kein einziges menschengemachtes Flugobjekt konnte im Lauf der Geschichte einen stabilen Flug durch bloßen Flügelschlag erreichen. Die Natur ist eine gute Wissensquelle, die man nachahmen sollte, aber es wäre unmöglich, wie ein Vogel zu fliegen, da wir nicht seine Physiognomie aufweisen. Stattdessen haben wir es seit den ersten Flügen zu Beginn des 20. Jh. geschafft, mit starren Flügeln zu fliegen und Maschinen vom Boden abheben zu lassen, die Hunderte von Kilos wiegen. Aber dieser Meilenstein wurde nun über die Entwicklung von Motoren und ihre große Schubkraft erreicht.

Aber kommen wir wieder zur Natur und diesem Streben von Leonardo, wie ein Vogel zu fliegen, zurück. Vielleicht ist es für einen Menschen unmöglich, dies mit eigener Kraft direkt zu schaffen, aber möglicherweise indirekt. Denken wir daran, den Körper eines Menschen durch seine Erfindungsgabe auszutauschen und einen Gegenstand zu schaffen, der in der Lage wäre, einen kontrollierten Flug mit gleichzeitigem Flügelschlag auszuführen. Kurzum, wie ein Vogel zu fliegen.

Die Universität Sevilla (Spanien) ist einer der Orte, an denen sich der Traum von Leonardo erfüllt, einen Ornithopter zu bauen und zu fliegen. Dort haben sie es geschafft, das Hauptproblem des Projekts zu überwinden: Die für die Bewegung der Flügel in stabiler Form notwendige Kraft zu erzeugen und der Schwerkraft entgegenzuwirken. Der gewählte Weg war die größtmögliche Reduzierung der Masse des Fluggeräts, dank der Robotik, da diese Erfindung aus einem Skelett und Sensoren besteht, die das Fliegen durch Flügelschlag erlauben. Gleichermaßen haben sie eine weitere Idee des Renaissance-Erfinders kopiert, so dass der mechanische Vogel gleich wie seine Vogelverwandten ebenfalls in der Luft gleitet.

Ein weiterer signifikanter Aspekt ist dabei die Landung, für die ein Mechanismus entworfen wurde, der dem der Vögel ähnlich ist, um sich auf Bäumen oder ähnlichen Oberflächen niederlassen und freie Flüge ausführen zu können. Dieser Teil des Projekts befindet sich noch in der Entwicklungsphase, wobei das größte Handicap die Fähigkeit ist, den Vorschub im Flug so stark wie möglich zu reduzieren, mit dem Ziel, auf einer Oberfläche zu landen und dabei die gewaltigen Kräfte, die bei der Landung wirken, zu minimieren.

Darüber hinaus sollen noch weitere Eigenschaften hinzukommen, um die Leistungen weiter zu verbessern. Beispielsweise durch die Fähigkeit im stationären Flug zu bleiben wird nach Lösungen gesucht, kleine Solarpanelen hinzuzufügen, um autonom laden zu können, auch wenn die Schwierigkeit in der enormen Energiemenge liegt, die erforderlich ist, um den Flügelschlag aufrechtzuerhalten und das Eigengewicht der dazu notwendigen Paneelen zu halten.

Aber dennoch und ohne diesen Erfindungsgeist herabwürdigen zu wollen. Sind diese Ornithopter-Fluggeräte überhaupt notwendig? Schauen wir die Eigenschaften der Drohnen an, die in den letzten Jahren eine beschleunigte Entwicklung erfahren haben. Und sie entwickeln sich immer noch weiter und bieten immer präzisere Lösungen und höhere Leistungen.

Tatsächlich hat der Ornithopter wenig mit Drohnen gemein und seine einzige Ähnlichkeit damit ist, dass es sich um ein unbemanntes Luftfahrzeug handelt. Da er über keinen Propeller verfügt, der aerodynamischen Lärm erzeugt, ist er sehr geräuscharm und kann mit Leichtigkeit unbemerkt bleiben. Ein Attribut, mit dem er als Beobachtungsvorrichtung eingesetzt werden kann, die keinerlei Auswirkungen auf die Umgebung hat, die sie untersucht. Andererseits könnte er auch mit Mensch, Tier oder Pflanzen interagieren, ohne das Risiko, Schäden durch den Propeller zu verursachen.

Die Entwicklung und Nutzung dieser Art von Flugobjekten würde dem Menschen eine weitere Option im Vergleich zu den heute bestehenden unbemannten Luftfahrzeugen bieten. Vor allem im Rahmen der Aufklärung und Untersuchung des Mediums. Das heißt, es könnte ein gutes Werkzeug für die Wissenschaft, insbesondere für Biologen und Ökologen, sein.

Aber nicht nur die Universität Sevilla entwickelt das Konzept des Ornithopters, auch das deutsche Unternehmen FESTO schreitet mit seinem eigenen Modell voran. Der Hauptunterschied liegt darin, dass es noch kein System für die Landung aufweist. Dagegen hat es als Besonderheit die Möglichkeit, sich mit anderen derselben Spezies zu synchronisieren, um als Einheit von bis zu fünf Flugobjekten zu fliegen. 

Es ist noch zu früh, zu sagen, dass ein neues Luftfahrzeug geboren ist, denn es sind noch viele Details zu klären, abgesehen von dem wichtigsten, nämlich der Definition eines konkreten Verwendungszwecks und der singulären Leistungen.

In jedem Fall waren wir in der Lage, dadurch dass sich diese Ornithopter in die Lüfte erheben, ein Entwurfsproblem erfolgreich zu lösen, das Leonardo Da Vinci vor über 500 Jahren aufgeworfen hat.

 

FESTO Ornithopter

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