Hybrider Unterwasserroboter

Kalifornische Wissenschaftler haben ein autonomes Tauchfahrzeug entwickelt, das die Meeresforschung revolutionieren könnte.

Forscher am Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) in Kalifornien haben einen neuartigen Unterwasserroboter entwickelt, der Schnelligkeit mit Langlebigkeit kombinieren soll. Das Tauchfahrzeug namens Tethys soll demnächst Meeresorganismen untersuchen und physikalische wie chemische Eigenschaften der Ozeane messen – und zwar in bislang unerreichter Breite.

Seit Jahrzehnten werden Unterwasserroboter bereits in der Meeresbiologie eingesetzt, um unter der Ozeanoberfläche ablaufende Prozesse zu erfassen. Dazu gab es zwei grundlegend verschiedene Ansätze: Gleitroboter und solche, die mit Schiffsschrauben (Propellern) angetrieben wurden. Gleiter bewegen sich langsam durch das Meer und setzen auf ein Auftriebssystem, um vorwärts zu kommen. Die dabei erzielte geringe Geschwindigkeit macht sie allerdings anfällig für Meeresströmungen und die Gezeiten, so dass sie den vorgesehenen Kurs nicht immer halten können. Unschön ist auch die oft geringe Nutzlast. Immerhin können Gleitroboter aber sehr lange auf See bleiben – mehrere Monate sind problemlos möglich. Propellerroboter sind schneller, halten genauer Kurs und können bis zu zehnmal so groß wie Gleiter sein – bei entsprechender Erhöhung der Nutzlast. Allerdings halten sie maximal 24 Stunden pro Tauchfahrt durch.

Tethys soll nun die Geschwindigkeit eines Propellerantriebs mit der Reichweite und Langlebigkeit eines Gleiters kombinieren. Der neuartige Unterwasserroboter kann mit einer neuartigen Schraube und einer verbesserten Rumpfgestaltung rund viermal schneller im Meer unterwegs sein als ein Gleiter, kommt dabei fast an High-Performance-System heran. Tethys besitzt gleichzeitig aber auch ein effizientes Energiemanagement. So kann der Unterwasserroboter mehrere Wochen bis Monate auf See bleiben, dabei aber auch große Nutzlasten wie komplexe Instrumente tragen.

"Um biologische Prozesse im Ozean zu verstehen, die sich sehr schnell verändern können, brauchen wir ein flexibles System", sagt James Bellingham, Cheftechnologe bei MBARI und Tethys-Projektleiter. Manchmal befinde sich ein interessantes Gebiet sehr weit draußen im Meer. Dann brauche es ein Tauchfahrzeug, das schnell dort hingelangen und dort dann verbleiben könne. "Der Unterwasserroboter kann dann beispielsweise Organismen über einen längeren Zeitraum verfolgen."

Tethys fülle eine Lücke sowohl in der Forschung als auch im kommerziellen Markt für Tauchfahrzeuge, meint David Kelly, Chef von Bluefin Robotics, wo man autonome Unterwasserroboter entwickelt und herstellt. Zwar habe es bereits Experimente mit Hybriden gegeben, doch Tethys sei das erste ausentwickelte Fahrzeug. Bluefin ist deshalb selbst an der MBARI-Technik interessiert.

Tethys ist in seiner aktuellen Version zwei Meter lang und wiegt rund 110 Kilo. Die röhrenartige Form wurde gewählt, um den Wasserwiderstand zu reduzieren und den Vortrieb zu optimieren. Das Design erlaubt es den Forschern außerdem, den Schwimmkörper bei Bedarf zu verlängern oder zu verkürzen – je nach Nutzlast. Der Antrieb wurde optimiert, indem der verwendete Propeller mit zwei Geschwindigkeiten unterwegs sein kann – zwischen einem Meter pro Sekunde und einem halben. Um den Stromverbrauch zu reduzieren, setzen die MBARI-Forscher eine eigens entwickelte Steuerelektronik ein. Sie bauten außerdem ein System, das die Instrumente überwacht und Teilbereiche des Roboters sofort deaktiviert, wenn sie nicht benötigt werden.

Projektleiter Bellingham sieht Tethys als schwimmendes Laboratorium. Während der autonomen Reise durch den Ozean taucht der Unterwasserroboter nur gelegentlich auf, um die ermittelten Daten per Satellit an die Basis zu senden. Bislang getestet wurde das System in der Bucht von Monterey vor Kalifornien. Dort konnte Tethys erfolgreich die Algenblüte untersuchen und dem Phytoplankton folgen. Außerdem wurden physikalische und chemische Eigenschaften des Wassers erfasst. In echten wissenschaftlichen Missionen soll Tethys aber noch viel mehr tun, wie Eric D'Asaro, Professor für Ozeanografie an der University of Washington, glaubt. "Das könnte der erste Unterwasserroboter werden, der Proben im Wasser nimmt und diese dann an Land zurückbringt." (bsc)