Bio-inspirierter Roboter kann fliegen und tauchen
October 11, 2019
Eine Drohne als fliegender Fisch
Ein bio-inspirierter Roboter nutzt Wasser aus der Umgebung, um ein Treibgas zu erzeugen und von der Wasseroberfläche zu starten. Der Roboter wurde von Forschern des Imperial College London entwickelt. Er kann nach dem Start etwa 26 Meter weit fliegen und könnte zur Entnahme von Wasserproben in gefährlichen und unübersichtlichen Umgebungen wie bei Überschwemmungen oder zur Überwachung der Meeresverschmutzung eingesetzt werden, so das Team von Mirko Kovac in der Zeitschrift Science Robotics.
Roboter, die sich vom Wasser in die Luft bewegen können, sind in bestimmten Situationen wünschenswert. Der Start erfordert jedoch viel Energie, was mit kleinen Robotern bisher schwer zu erreichen war. Jetzt haben Forscher/innen ein System erfunden, das nur 0,2 Gramm Kalziumkarbidpulver in einer Brennkammer benötigt. Das einzige bewegliche Teil ist eine kleine Pumpe, die Wasser aus der Umgebung ansaugt, in der sich der Roboter befindet, z.B. aus einem See oder Ozean.
Das Wasser wird dann in einer Reaktionskammer mit dem Kalziumkarbidpulver in Kontakt gebracht und erzeugt brennbares Acetylengas. Wenn sich das Gas entzündet und ausdehnt, stößt es das Wasser als Antriebsstrahl aus, der den Roboter aus dem Wasser "schießt" und ihn zu einem Gleitflug von bis zu 26 Metern antreibt.
"Der Übergang von Wasser zu Luft ist ein energieintensiver Prozess, der bei einem kleinen Flugobjekt, das leicht zu fliegen sein soll, nur schwer zu erreichen ist", erklärt Mirko Kovac, Direktor des "Aerial Robotics Laboratory" am Imperial College London und des gemeinsamen "Materials and Technology Center of Robotics" an der Empa. "Wir haben wasserreaktive Chemikalien verwendet, um die Menge der Materialien, die der Roboter tragen muss, zu reduzieren. Da sich die Kammer passiv füllt und das umgebende Wasser wie ein Kolben wirkt, können wir mit nur einem beweglichen Teil, der Pumpe, die das Wasser mit dem Brennstoff mischt, einen kompletten Verbrennungszyklus erzeugen. "
Das Team testete den Roboter im Labor, in einem See und in einem Wellenbecken und konnte zeigen, dass er auch unter ziemlich rauen Bedingungen von der Wasseroberfläche abheben kann. Während ähnliche Roboter oft ruhige Bedingungen brauchen, um vom Wasser abzuheben, erzeugt die Neuentwicklung des Teams eine Kraft, die dem 25-fachen seines Gewichts entspricht. Damit steigt die Wahrscheinlichkeit, dass der Roboter die Wellen überwinden und tatsächlich abheben kann.
Der nur 160 Gramm leichte Roboter kann nach dem Auffüllen seines Wassertanks mehrmals "hüpfen". Das könnte es ihm ermöglichen, ohne zusätzliche Energie auf dem Wasser zu schwimmen und an mehreren Stellen Proben zu nehmen, was im Vergleich zu einem elektrisch angetriebenen Roboter über längere Strecken viel Energie spart.
Das Team arbeitet daran, neuartige Roboter aus fortschrittlichen Materialien zu bauen und Feldversuche mit Robotern in einer Vielzahl von Umgebungen durchzuführen, darunter die Überwachung von Korallenriffen und Offshore-Plattformen.
"Diese Art von stromsparenden, netzunabhängigen Robotern könnte in Umgebungen, die normalerweise zeit- und ressourcenaufwändig sind, sehr nützlich sein, sogar nach Katastrophen wie Überschwemmungen oder Atomunfällen", fügt Raphael Zufferey, Hauptautor der Studie, hinzu.