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Roboter Flugfisch-Roboter kann tauchen und fliegen

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Ein Roboter, der von Wasser in Luft übergehen kann – Forscher des Imperial College London haben ihn entwickelt. Er kann nach dem Start bis zu 26 Meter weit fliegen. Und diese Technik steckt dahinter.

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Der Roboter könnte zur Entnahme von Wasserproben in gefährlichen und unübersichtlichen Umgebungen wie bei Überschwemmungen oder bei der Überwachung der Meeresverschmutzung eingesetzt werden.
Der Roboter könnte zur Entnahme von Wasserproben in gefährlichen und unübersichtlichen Umgebungen wie bei Überschwemmungen oder bei der Überwachung der Meeresverschmutzung eingesetzt werden.
(Bild: Aerial Robotics Lab/Imperial College London)

Damit der bio-inspirierter Roboter vom Wasser in die Luft gehen kann, benötigt er viel Startenergie. Bislang war dies bei kleinen Robotern schwierig zu erreichen. Jetzt haben Forscher des Imperial College London ein System erfunden, das nur 0,2 Gramm Calciumcarbidpulver in einer Brennkammer benötigt. Der einzige bewegliche Teil ist eine kleine Pumpe, die Wasser aus der Umgebung einsaugt, in der sich der Roboter befindet, etwa ein See oder Ozean.

Funktionsweise des Flugfischs: Wasser reagiert mit dem Calciumcarbidpulver in der Reaktionskammer und erzeugt brennbares Acetylengas. Währenddessen drückt das Wasser wie ein Antriebsstrahl heraus und schießt den Roboter nach oben.
Funktionsweise des Flugfischs: Wasser reagiert mit dem Calciumcarbidpulver in der Reaktionskammer und erzeugt brennbares Acetylengas. Währenddessen drückt das Wasser wie ein Antriebsstrahl heraus und schießt den Roboter nach oben.
(Bild: Aerial Robotics Lab/Imperial College London)

Das Wasser wird dann in einer Reaktionskammer mit dem Calciumcarbidpulver zusammengebracht und erzeugt brennbares Acetylengas. Während sich das Gas entzündet und ausdehnt, drückt es das Wasser als Antriebsstrahl heraus, der den Roboter aus dem Wasser „schiesst“ und in einen Gleitflug von bis zu 26 Metern antreibt.

„Der Übergang von Wasser zu Luft ist ein energieintensiver Prozess, der bei einem kleinen fliegenden Objekt, das für den Flug leicht sein muss, nur schwer zu erreichen ist“, erklärt Mirko Kovac, Direktor des Aerial Robotics Laboratory am Imperial College London. „Wir haben wasserreaktive Chemikalien verwendet, um die Menge an Materialien, die der Roboter mit sich führen muss, zu reduzieren. Da sich die Kammer passiv füllt und das Umgebungswasser wie ein Kolben wirkt, können wir einen vollständigen Verbrennungszyklus mit nur einem beweglichen Teil erzeugen, nämlich der Pumpe, die das Wasser mit dem Kraftstoff vermischt.“

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Der Roboter könnte zur Entnahme von Wasserproben in gefährlichen und unübersichtlichen Umgebungen wie bei Überschwemmungen oder bei der Überwachung der Meeresverschmutzung eingesetzt werden, berichtet das Team um Mirko Kovac, der auch das gemeinsame Materials and Technology Center of Robotics an der Empa leitet, in der neuesten Ausgabe des Fachmagazins Science Robotics.

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Roboter hebt auch unter rauen Bedingungen ab

Das Team testete den Roboter im Labor, in einem See und in einem Wellentank und konnte dabei zeigen, dass er auch unter eher rauen Bedingungen von der Wasseroberfläche abheben kann. Während ähnliche Roboter oft ruhige Bedingungen benötigen, um aus dem Wasser abzuheben, erzeugt die Neuentwicklung des Teams eine Kraft, die dem 25-fachen seines Gewichts entspricht. Daher steigt die Wahrscheinlichkeit, dass der Roboter die Wellen überwinden und tatsächlich abheben kann.

Der nur 160 Gramm leichte Roboter kann nach dem Nachfüllen seines Wassertanks mehrfach „hüpfen“. Dies könnte es ihm ermöglichen, ohne zusätzliche Energieversorgung auf dem Wasser zu schwimmen und an mehreren Stellen Proben zu entnehmen, was im Vergleich zu einem elektrisch angetriebenen Roboter über grössere Entfernungen erheblich Energie spart.

Neuartige Roboter aus modernen Materialien

Das Team arbeitet nun mit Forschern der Empa zusammen, um neuartige Roboter aus modernen Materialien zu bauen und Feldversuche mit dem Roboter in verschiedenen Umgebungen durchzuführen, darunter die Überwachung von Ozeanen rund um Korallenriffe und Offshore-Plattformen. „Diese Art von stromsparenden, netzfreien Robotern könnte in Umgebungen, die normalerweise zeit- und ressourcenintensiv zu überwachen sind, wirklich nützlich sein, etwa auch nach Katastrophen wie Überschwemmungen oder Atomunfällen“, ergänzt Raphael Zufferey, Erstautor auf dem Artikel.

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