Natürliche Fortbewegung: Roboterqualle von Formengedächtnislegierung angetrieben
Ein Quallenroboter ahmt die stoßweise Fortbewegung seines natürlichen Vorbildes nach. Dazu setzen die Entwickler Drähte aus einer Formengedächtnislegierung ein.
Die Roboterqualle wird durch Drähte aus einer Formengedächtnislegierung angetrieben.
(Bild: M. Muralidharan u. a.)
Ein Forschungsteam des Indian Institute of Technology Indore und des Indian Institute of Technology Jodhpur haben einen Quallenroboter entwickelt, der biologische Prozesse einer Qualle und deren Verhaltensweisen nachahmt, um sich fortzubewegen. Die Forscher erstellten dazu einen Körper aus Polyimid, der von einer Formgedächtnislegierung angetrieben wird.
Quallen bewegen sich im Meer stoßweise voran. Das nahmen sich die Wissenschaftler der beiden indischen Institute bei der Entwicklung ihrer Roboterqualle zum Vorbild, wie sie in der Studie "Bio-inspired soft jellyfish robot: a novel polyimide-based structure actuated by shape memory alloy" schreiben, die im International Journal of Intelligent Robotics and Applications veröffentlicht ist. Sie ahmten dabei den Impuls- und Erholungsprozess einer echten Qualle beim Schwimmen nach.
Dazu erstellten die Wissenschaftler einen Quallenkörper aus Polyimid, genauer aus einem Band auf Polyamidbasis, das in 75 Mikrometer dünne Platten geschnitten wurde. Daraus fertigten sie eine symmetrische Struktur, die an einem Quallenkörper mit einem Durchmesser von 25 cm angelehnt ist. In den weichen, flexiblen und mit 45 g sehr leichten Körper stanzten sie an bestimmten Stellen Löcher, in die sie Drähte aus einer Formengedächtnislegierung (SMA – Shape Memory Alloy) einbrachten.
Mit der Kraft aus Nickel und Titan
Die SMA-Drähte haben die Eigenschaft, sich auf Wärmeeinwirkung zu verformen und beim Abkühlen wieder ihre ursprüngliche Form anzunehmen. Für ihren Quallenroboter wählten die Wissenschaftler ein SMA mit der Bezeichnung Nitinol, das unter anderem zur Herstellung von Geräten und elektronischen Komponenten verwendet wird. Dabei handelt es sich um eine Nickel-Titan-Legierung. Die Drähte wurden dann in die Löcher eingebracht und mit Polyamidband am Roboterkörper fixiert. Die Enden der Tentakel verbanden die Forschenden über Gummischnüre mit dem Quallenkörper.
Die Forscher erhitzten die Drähte in unterschiedlicher Frequenz, um herauszufinden, welche Kombination aus Erhitzungs- und Abkühlungsdauer die beste Schubkraft zur Fortbewegung entwickelt. Dabei erreichte der Quallenroboter eine maximale Schwimmleistung von 10 mm/s horizontal und 0,2 mm/s vertikal.
Der Roboter besteht aus leicht zu beschaffenden, preiswerten Materialien. Er könne nahezu beliebig skaliert und damit auch in einem größeren Maßstab gebaut werden, schreiben die Wissenschaftler. Den Prototyp statteten sie mit einer Kamera und einem Sonarsensor zur Objekterkennung aus, die in einer wasserdichten Glocke untergebracht sind.
Für den praktischen Einsatz müsse der Roboter noch weiter verbessert werden, räumen die Forschenden ein. Dann könnte der Quallenroboter speziell an den geplanten Einsatzzweck angepasst und schließlich auch vermarktet werden. Angedacht ist, ihn etwa zur Überwachung von Unterwasserumgebungen einzusetzen.
(olb)