Forscher der University of Auckland haben in einer wissenschaftlichen Arbeit ein robotisches Low-Cost-Luftschiff entwickelt, welches zum Teil mit 3D-Druckern hergestellt werden kann und sich auch für Anwendung innerhalb von Gebäuden eignet. Mögliche Einsatzbereiche sind Bildungs- und Forschungszwecke. Wir stellen den Indoor-Flieger und Open-Source-Ballon der neuseeländischen Forscher einmal genauer vor.

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Die Ingenieure Gal Gorjup und Minas Liarokapis haben ein teilweise mit einem 3D-Drucker hergestelltes Luftschiff entwickelt, das für Bildungs- und Forschungszwecke eingesetzt werden soll. Die wissenschaftliche Arbeit zum Open-Source-Design und dem Bau des Luftschiffs mit dem Titel „A Low-Cost, Open-Source, Robotic Airship for Education and Research“ haben die Ingenieure in der IEEE- Access Sammlung veröffentlicht. Die Ingenieure sind Teil der Forschungsgruppe New Dexterity der University of Auckland.

Die Vorgaben

Fertiges Flugobjekt
Das entwickelte Flugobjekt eignet sich für die Bildung und Forschung (Bild © University of Auckland).

Kleine Luftschiffe für die Verwendung im Innenbereich müssen sicher sein. Sie dürfen nicht zu schnell sein, um mit niemandem zusammenzustoßen. Sie dürfen nicht zu spitze oder zu scharfe Kanten haben, damit kein Schüler verletzt wird. Bei der Planung mussten die Ingenieure alles, was zu Verletzungen führen kann, ausschließen.

Bei einem kleinen Flugobjekt ist die Möglichkeit, es mit viel Strom zu versorgen, gering. So entschied sich das Entwicklerduo für einen LTA-Flieger (Lighter-than-Air). Ein derartiges Luftschiff nutzt oft Gase, die leichter als Luft sind. Dank des Dichteunterschiedes bleibt es länger oben und braucht keine zusätzliche Unterstützung. Diese Ballons sind langsam, da sie keine Hochgeschwindigkeitsrotoren haben, die für Auftrieb sorgen.

Das Material

Mögliche Materialien
Die Forscher entschieden sich für Mikrofolie als Material für die Hülle (Bild © University of Auckland).

Aufgrund der geringen Dichte und dem Mangel an Reaktivität entschieden sich Gorjup und Liarokapis für Helium als Hebegas. Helium ist nicht erneuerbar, weshalb das Forscherduo das richtige Umschlagmaterial finden musste, um der finanziellen und ökologischen Verantwortung nachzukommen. 16 Tage lang haben Gorjup und Liarokapis täglich die Hubkräfte und Oberflächen verschiedener Ballontypen gemessen. Aufgrund der geringen Dehnungsrate, hoher Zugfestigkeit und geringen Kosten entschieden sie sich für Mikrofolie als Hüllmaterial.

Die Umsetzung

Gondel des Flugobjekts
Die Gondel wird auf der Unterseite mit Klettband befestigt (Bild © University of Auckland).

Die Gondel, die sich unter der Mikrofolienhülle befindet, wurde in 3D gedruckt und mit Klettbändern befestigt. Sie enthält einen Raspberry Pi Zero W, die Motortreiber, einen Satz Gleichstrommotoren, einen Spannungsregler und drei Propeller. Eine Kamera sorgt für einen dynamischen Betrachtungswinkel. Insgesamt entstanden Kosten in Höhe von rund 90 USD (83 EUR).

Es zeigte sich, dass das Luftschiff für Bildung und Forschung geeignet und finanziell und ökologisch tragfähig ist. Schüler können damit ihre entwickelten PID-Regler testen und ihre CAD- und Rapid-Prototyping-Kenntnisse verbessern. Für viele Schüler ist der 3D-Druck längst kein Neuland mehr. Er wird in vielen Fächern eingesetzt. Ein Schüler der Gesamtschule Haspe baute im Vorjahr zum Beispiel eine teils 3D-gedruckte Drohne für seine Reifeprüfung.

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