Ingenieure bauen Tintenfisch-ähnlichen Roboter für Unterwasser-Exploration

Ingenieure an der University of California-San Diego haben einen tintenfisch-ähnlichen Roboter für Unterwasser-Exploration entwickelt. Der Roboter ist nicht an eine Leine gebunden und kann sich durch Wasserstrahlen selbst antreiben. Er hat auch elektrische Herausforderungen überwunden, wie zum Beispiel die Fähigkeit, Sensoren, insbesondere eine Kamera, zu tragen.

Michael T. Tolley ist einer der Hauptautoren der Forschung und Professor im Department of Mechanical and Aerospace Engineering an der UC San Diego.

“Im Wesentlichen haben wir alle wichtigen Merkmale, die Tintenfische für das schnelle Schwimmen verwenden, nachgebildet”, sagte Tolley. “Dies ist der erste nicht an eine Leine gebundene Roboter, der Strahlimpulse für schnelle Fortbewegung wie der Tintenfisch erzeugen kann und diese Strahlimpulse durch Ändern seiner Körperform erreicht, was die Schwimmeffizienz verbessert.”

Die Forschung wurde in Bioinspiration and Biomimetics veröffentlicht.

Der Tintenfisch-Roboter

Der tintenfisch-inspirierte Roboter besteht aus weichen Materialien wie Acrylpolymer sowie einigen stärkeren, 3D-gedruckten und laser-geschnittenen Teilen. Weiche Roboter sind für Fische und Korallen bei der Unterwasser-Exploration sicherer, da starre Roboter sie beschädigen könnten. Es gibt jedoch einen Nachteil. Weiche Roboter sind oft langsamer und weniger effizient bei der Manövrierung.

Das Forschungsteam bestand aus Robotikern und Computer-Simulations-Experten. Die Gruppe wandte sich den Tintenfischen aufgrund ihrer Fähigkeit zu, mit hoher Geschwindigkeit zu reisen. Die Cephalopoden erreichen diese Geschwindigkeit durch einen Strahl-Propulsionsmechanismus.

Unter Anregung durch die Tintenfische entwarfen das Team den Roboter so, dass er Wasser in seinen Körper aufnehmen und elastische Energie in seiner Haut und seinen flexiblen Rippen speichern kann. Die Energie wird dann durch den Roboter freigesetzt, indem er seinen Körper komprimiert, was zu einem Wasserstrahl führt, der den Roboter antreibt.

Wenn er sich nicht bewegt, hält der Roboter die Form einer Papiertlaterne, und seine Rippen sind flexibel und wirken wie Federn. An jedem Ende des Roboters befindet sich eine runde Platte, an der die Rippen angeschlossen sind, wobei eine an einer Düse angeschlossen ist, die Wasser aufnimmt und ausstößt. Damit das Wasser ausgestoßen wird, muss der Körper des Roboters sich zusammenziehen. Die verbleibende Platte wird dann verwendet, um Sensoren wie eine wasserdichte Kamera zu halten.

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Testen des Roboters

Der Tintenfisch-Roboter wurde im Labor von Professor Geno Pawlak getestet, das sich im Department of Mechanical and Aerospace Engineering der UC San Diego befindet. Nach diesen Tests wurde er in die Tanks des UC San Diego Birch Aquarium bei der Scripps Institution of Oceanography geschickt.

Der Roboter konnte durch Anpassen der Düse gesteuert werden, und die Abdichtung der elektrischen Komponenten, wie des Akkus und der Kamera, erwies sich als erfolgreich. Das Gerät bewegte sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 18 bis 32 Zentimetern pro Sekunde, was etwa einer halben Meile pro Stunde entspricht. Die Geschwindigkeit ist beeindruckend, da sie schneller ist als die meisten weichen Roboter.

Caleb Christianson, ein leitender Ingenieur für medizinische Geräte bei Dexcom, leitete die Studie innerhalb der Forschungsgruppe.

“Nachdem wir es geschafft hatten, das Design des Roboters so zu optimieren, dass er in einem Tank im Labor schwimmen konnte, war es besonders aufregend zu sehen, dass der Roboter erfolgreich in einem großen Aquarium unter Korallen und Fischen schwimmen konnte, was seine Eignung für reale Anwendungen demonstriert”, sagte Christianson.

Nachdem das Team verschiedene Modelle der Düse getestet hatte, fand es schließlich eines, das die Effizienz des Roboters erhöhte und es ermöglichte, schneller und wendiger zu fahren. Einer der wichtigsten Faktoren, die zu dieser Entdeckung führten, war die Simulation der Strahl-Propulsion, die von Professor Qiang Zhu und seinem Team im Department of Structural Engineering an der UC San Diego geleitet wurde.