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pte20210122005 Forschung/Entwicklung, Umwelt/Energie

Roboter nach Quallenart ist der schnellste

Wissenschaftler aus Southampton und Edinburgh setzen auf einen resonanten Antrieb


Künstliche Qualle mit unverhüllten Antriebsrippen (Grafik: Southampton)
Künstliche Qualle mit unverhüllten Antriebsrippen (Grafik: Southampton)

Southampton/Edinburgh (pte005/22.01.2021/06:15) - Forscher der Universitäten von Southampton http://southampton.ac.uk und Edinburgh http://www.ed.ac.uk haben nach natürlichem Vorbild eine Qualle gebaut, die schnell und effizient ist und sich mithilfe dünner Ärmchen fortbewegt. Das neue Design soll neue Möglichkeiten der Unterwassererkundung bieten.

3D-gedruckte Rippen als Antrieb

Laut Co-Autor Francesco Giorgio-Serchi, Dozent in Edinburgh, ermöglicht das fehlende Skelett der Qualle herausragende Leistungen beim Schwimmen - und das mit geringstem Energieaufwand. Der einfache, aber effektive Mechanismus des Nachbaus besteht aus einer Gummimembran, die acht flexible 3D-gedruckte Rippen umhüllt. Von außen sieht es wie eine Glocke aus. Oberhalb dieser befindet sich ein beweglicher Kolben, der wie ein Hammer darauf herniedersaust. Dadurch krümmen sich die Rippen stärker und kehren in ihre Ausgangsposition zurück. Das erzeugt einen effektiven Vortrieb.

Der Rhythmus der Kolbenschläge trifft exakt die Eigenfrequenz der Glocke, sodass sich die Rippen aufgrund der Resonanz für eine kleine Weile selbstständig weiterbewegen, sodass Antriebsenergie gespart wird. Der Unterwasserroboter schafft so pro Sekunde eine, die seiner Körperlänge entspricht. Tests haben gezeigt, dass der neue Roboter zehn bis 50 Mal effizienter ist als kleine Unterwasserfahrzeuge, die von Propellern angetrieben werden. In Kombination mit den Vorteilen des weichen, flexiblen Äußeren des Roboters ist er laut Giorgio-Serchi ideal für den Betrieb nahe empfindlicher Umgebungen wie Korallenriffen, archäologischen Stätten oder in Gewässern mit vielen Schwimmern, etwa als kompaktes Haiwarngerät, geeignet.

Cleveres Ausnutzen der Resonanz

"Das Tolle an der Nutzung der Resonanz ist die Tatsache, dass wir die Glocke nur aus der Form bringen müssen", sagt Gabriel Weymouth, außerordentlicher Professor an der School of Engineering in Southampton. "Elastizität und Trägheit erledigen den Rest." In den vergangenen zehn Jahren sind zahlreiche Roboter nach tierischen Vorbildern entwickelt worden, die meisten zur Nutzung an Land, allerdings auch einige wenige, die nicht wasserscheu sind. Die britischen Forscher nehmen für sich in Anspruch, die effizienteste Lösung gefunden zu haben.



(Ende)
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