Roboter nach Quallenart ist der schnellste
Wissenschaftler aus Southampton und Edinburgh setzen auf einen resonanten Antrieb
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Künstliche Qualle mit unverhüllten Antriebsrippen (Grafik: Southampton) |
Southampton/Edinburgh (pte005/22.01.2021/06:15)
Die Qualle ist der effizienteste Schwimmer im Tierreich. Aus diesem Grund haben Forscher der Universitäten von Southampton https://www.southampton.ac.uk/ und Edinburgh https://www.ed.ac.uk/ sie genau studiert und sich Anregungen für eine künstliche Qualle geholt. Die kann ihre Verwandtschaft mit dem tierischen Vorbild nicht leugnen. Sie ist schnell, effizient und bewegt sich ebenfalls mit Hilfe von dünnen Ärmchen. Die Forscher hoffen, das neue Design werde neue Möglichkeiten der Unterwassererkundung erschließen.
[b]3D-gedruckte Rippen als Antrieb[/b]
Co-Autor Francesco Giorgio-Serchi, Dozent und Kanzler an der School of Engineering der University of Edinburgh, sagt, man sei auf die Qualle gekommen, weil sie trotz des fehlenden Skeletts herausragende Leistungen beim Schwimmen erbringen. Und das mit geringstem Energieaufwand.
Der einfache, aber effektive Mechanismus besteht aus einer Gummimembran, die acht flexible 3D-gedruckte Rippen umhüllt. Von Außen sieht das wie eine Glocke aus. Oberhalb dieser Glocke 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.
[b]Kolbenschläge treffen die Eigenfrequenz[/b]
Der Rhythmus der Kolbenschläge trifft exakt die Eigenfrequenz der Glocke, sodass sich die Rippen auf Grund der Resonanz für eine kleine Weile selbstständig weiterbewegen, sodass Antriebsenergie gespart wird. Der Unterwasserroboter schafft so pro Sekunde eine, die seiner Körperlänge entspricht.
Tests zeigten, dass der neue Roboter zehn- bis fünfzigmal effizienter ist als kleine Unterwasserfahrzeuge, die von Propellern angetrieben werden. In Kombination mit den Vorteilen des weichen, flexiblen Äußeren des Roboters ist er ideal für den Betrieb in der Nähe empfindlicher Umgebungen wie Korallenriffen, archäologischen Stätten oder in Gewässern mit vielen Schwimmern, etwa als Haiwarngeräte.
[b]Tiere als Vorbild für Roboterentwickler[/b]
„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 letzten zehn Jahren sind zahlreiche Roboter nach tierischen Vorbildern entwickelt worden, die meisten für die 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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