Flexible Roboterflosse passt sich automatisch Wasserströmungen an
Eine adaptive Flosse aus elektronischer Haut stabilisiert Unterwasserroboter automatisch bei wenig Energieaufwand.
Die adaptive Roboterflosse bei Strömungstests.
(Bild: University of Southampton)
Ein Forschungsteam der University of Southampton hat eine Roboterflosse entwickelt, die Strömungsänderungen im Wasser erkennt und daraufhin ihre Form automatisch anpasst und so Strömungsstörungen ausgleicht. Im Vergleich zu autonomen Unterwasserfahrzeugen (Autonomous Underwater Vehicles – AUV) mit starren Flossen können die adaptiven Flossen die Effizienz und Manövrierfähigkeit der Unterwasserroboter erhöhen.
Bei der Konstruktion der adaptiven Flosse haben sich die Wissenschaftler der University of Southampton von der Natur inspirieren lassen – genauer gesagt von den körpereigenen Sinnen von Vögeln oder Fischen. Mit der Propriozeption nehmen Vögel Veränderungen in der Luftströmung durch ihr Gefieder wahr, Fische dagegen spüren Veränderungen in der sie umgebenden Wasserströmung über ihr Seitenlinienorgan und ihre Flossenstrahlen. Bei Letzterem handelt es sich um die festen tragenden Elemente etwa einer Rückenflosse.
Die Ingenieure haben für ihre Roboterflosse eine elektronische Haut entwickelt, die kleinste Veränderungen in Wasserströmungen erfassen kann, wie sie in der Studie „Harnessing proprioception in aquatic soft wings enables hybrid passive-active disturbance rejection“, die in npj erschienen ist.
Adaptive Flosse
Die Flosse besteht im Wesentlichen aus Silikon, in das flexible Flüssigmetalldrähte integriert sind. Sie reagieren auf Verformungen und geben entsprechende Signale ab, sobald die flexible Flosse durch Strömungsänderungen im Wasser verformt wird. Die Widerstandsveränderungen in den Drähten werden dazu genutzt, die Steifigkeit und Wölbung der Flosse anzusteuern. Das geschieht durch ein untergebrachtes Hydrauliksystem im Körper eines Unterwasserroboters, das Druck über zwei Schläuche in die Flosse weiterleitet und sie entsprechend in ihrer Form anpasst.
Die Forscher adressieren damit das Problem, dass die starren Körper und Flossen von AUVs viel Energie benötigen, um den Kräften entgegenzuwirken, sobald sie von plötzlich auftretenden Wellen und Strömungen erfasst werden. Die elektronische Haut detektiert die Strömungen schnell und steuert die Flossen automatisch so an, dass sie die Stabilität, Reaktionsfähigkeit und Effizienz des Unterwasserroboters erhöhen – bei zugleich geringerem Energieaufwand. In turbulenten Ozeanumgebungen bleibt das UAV so stabiler und erhält seine Manövrierfähigkeit.
In Tests fanden die Wissenschaftler heraus, dass die adaptiven Flossen unerwünschten Auftrieb durch plötzlich auftretende Wasserströmungen um 87 Prozent im Vergleich zu einem ähnlichen AUV mit starren Flossen vermindern. Auch die Selbststabilisierung erhöhte sich.
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Die Forscher haben jedoch auch Einschränkungen bei der Technik ausgemacht: So kann etwa die Skalierung und die Integration der Technik in starre Rümpfe ein Problem darstellen. Auch müsse noch an der Haltbarkeit der Technik gearbeitet werden. Die Forscher sind der Ansicht, dass sich diese Schwierigkeiten teilweise durch die Verwendung leistungsstarker, stabiler Aktuatoren beheben lassen.
(olb)
