Roboter-Aal: MIT entwickelt skalierbare Unterwasserroboter-Architektur
Forscher des MIT haben eine Voxel-Technik entwickelt, mit der sich Unterwasserroboter in beliebiger Form und Größe bauen lassen.
(Bild: MIT)
Ein Forschungsteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat seinen Roboter-Aal RoboTuna mit einer neu entwickelten modularen Struktur aus einfachen, sich wiederholenden Unterstrukturen in einer neuen Version aufgebaut. Mit der Voxel-Technik lassen sich weiche Unterwasser-Roboter in beliebigen Formen und Größen aufbauen, versprechen die Wissenschaftler.
Der frühere RoboTuna bestand noch aus 3000 speziell gefertigten Einzelteilen. Die Entwicklung und der Bau des Roboter-Aals dauerte etwa zwei Jahre. Der von Forschenden des MIT nun entwickelte neue RoboTuna basiert dagegen auf einen Ansatz, der einfachen Aufbau und Skalierbarkeit vereint. In dem Paper "Modular Morphing Lattices for Large-Scale Underwater Continuum Robotic Structures", das in der Fachzeitschrift Soft Robotics veröffentlicht ist, beschreiben die Forscherinnen und Forscher ihren Konstruktionsansatz für weiche maritime Roboter.
Skalierbare Roboter mit Voxel-Technik
"Skalierbarkeit ist für uns ein wichtiger Punkt", sagt Parra Rubio, Forschungsassistent am MIT und Hauptautor der Studie. Aktuelle Ansätze von weichen Unterwasser-Robotern funktionieren meist nur in kleinem Maßstab und lassen sich ohne aufwendige Anpassungen nicht auf größere Roboter übertragen. "Wir haben mehr Spielraum für eine weitere Vergrößerung", weil das Konstruktionsprinzip dann nicht auf Materialien mit hoher Festigkeit angewiesen ist.
Das System des MIT-Forschungsteams besteht aus Voxeln, hohlen Strukturen, die aus gegossenen Kunststoffteilen bestehen, in denen Streben in komplexen Formen eingearbeitet sind. Die daraus erstellten Strukturen haben die Eigenschaft, in einer Richtung stabil und belastbar, in der anderen Richtung weich und verformbar zu sein. Erreicht wird dies durch die Kombination steifer und flexibler Komponenten in unterschiedlicher Anordnung. Statt sich auf einen weichen oder "harten" Roboter festzulegen, könne das Team das Beste aus beiden Welten miteinander vereinen, erklärt Neil Gershenfield, Leiter des MIT Centers for Bits and Atoms.
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So könne ein glatter Unterwasserroboter gebaut werden, der seine Form wie ein Fisch dynamisch verändern und sich damit effizienter im Wasser fortbewegen kann als ein Roboter mit starrer Rumpfkonstruktion. Der Antrieb für einen solchen Aufbau könne so deutlich sparsamer arbeiten und Energie sparen.
Roboter-Aal aus wenigen Teilen
Ausprobiert haben die Wissenschaftler die Voxel-Technik beim Bau des neuen RoboTuna. Der aalartige Körper besteht aus einer aneinandergereihten Kette von vier Segmenten. Die Segmente bestehen jeweils aus fünf Voxeln. Die Voxel sind mit einem Draht verbunden, die über einen Aktuator angesteuert werden. Der Aktuator zieht die Voxel zusammen oder lässt sie sich wieder entfalten. Dadurch kann sich die aus 20 Einheiten bestehende Struktur biegen. Im Fall des RoboTuna hat das Wissenschaftsteam der Konstruktion rundum eine rippenartige stützende Struktur spendiert, die von einer glatten Neoprenhaut umgeben ist.
Während der ursprüngliche RoboTuna aus 3000 Teilen besteht, sind es bei der neuen Konstruktion gerade mal 60 Teile. Entsprechend ließ sich der Robo-Aal in nur zwei Tagen zusammenbauen. Dass der Roboter funktioniert und sich durch schlängelnde Bewegungen im Wasser fortbewegen kann, wiesen die Forscher in einem Wassertank nach.
Voxel-Technik in Hydrofoil
Um zu zeigen, dass sich die Voxel-Technik auch in anderen Formen angewendet werden kann, bauten sie eine weitere Konstruktion in Form eines dynamisch veränderbaren Flügels etwa für Tragflächenboote. Der Hydrofoil kann sein Profil über eine Veränderung der Voxel anpassen und somit etwa den Auftrieb steuern. Um eine Wasserdichtigkeit des Flügels trotz veränderbarer Form zu erhalten, setzte das Forscherteam überlappende Kacheln ein.
Der Flügel könne auch als flexibles Element an Schiffsrümpfen eingesetzt werden, heißt es vom Wissenschaftteam. Dann könnte er dabei helfen, widerstandsverursachende Verwirbelungen zu mindern. Schiffe könnten so energieeffizienter unterwegs sein.
(olb)