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 bewegen. 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 nachgebaut, die Tintenfische für schnelles Schwimmen verwenden”, sagte Tolley. “Dies ist der erste nicht an eine Leine gebundene Roboter, der Jet-Pulsen für schnelle Fortbewegung wie der Tintenfisch erzeugen kann und diese Jet-Pulsen durch Änderung seiner Körperform erreichen kann, was die Schwimmefizienz verbessert.”

Die Forschung wurde in Bioinspiration and Biomimetics veröffentlicht.

Der Tintenfisch-Roboter

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

Das Forschungsteam bestand aus Robotikern und Computer-Simulations-Experten. Die Gruppe sah sich Tintenfische aufgrund ihrer Fähigkeit, schnell zu reisen, an. Die Cephalopoden erreichen diese Geschwindigkeit durch einen Jet-Antrieb-Mechanismus.

Die Forscher ließen sich von den Tintenfischen inspirieren und entwarfen 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 das Zusammenpressen des Körpers des Roboters freigesetzt, was zu einem Wasserstrahl führt, der den Roboter antreibt.

Wenn er sich nicht bewegt, hält der Roboter die Form einer Papierlaterne 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 mit einer Düse verbunden ist, die Wasser aufnimmt und ausstößt. Damit das Wasser ausgestoßen wird, muss der Körper des Roboters zusammengepresst werden. Die verbleibende Platte wird dann verwendet, um Sensoren wie eine wasserdichte Kamera zu tragen.

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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 am Scripps Institution of Oceanography geschickt.

Der Roboter konnte durch Anpassen der Düse gesteuert werden und die Abdichtung der elektrischen Komponenten, wie Batterie und 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 und liegt über der meisten weichen Roboter.

Caleb Christianson, ein leitender Medizinprodukte-Ingenieur bei Dexcom, leitete die Studie innerhalb der Forschungsgruppe.

“Nachdem wir in der Lage waren, 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 verschiedene Modelle der Düse getestet wurden, fand das Team schließlich eines, das die Effizienz des Roboters erhöhte und es ermöglichte, dass er schneller und wendiger wurde. Einer der wichtigsten Faktoren, die zu dieser Entdeckung führten, war die Simulation der Jet-Antriebstechnik, die von Professor Qiang Zhu und seinem Team im Department of Structural Engineering an der UC San Diego geleitet wurde.