Schwimmender Roboter nutzt Flosse statt Propeller

Forscher am Ocean Technologies Lab der University of Bath haben einen schwimmenden Roboter entwickelt, der auf einen fischähnlichen Flossenschlag statt einem Propeller als Antriebssystem setzt.

Dadurch kann sich der „Gymnobot“ in komplexen Flachwasser-Umgebungen besser bewegen. „Ein konventioneller Propeller kann sich hoffnungslos in Seetang verfangen und in beengten Kanälen oder Korallenriffen sich oder die Umgebung durch Anschlagen schwer beschädigen“, meint William Megill, Biomimetrik-Spezialist am Ocean Technologies Lab, gegenüber pressetext.

Eben solche Probleme kann die flexible Flosse verhindern. Gleichzeitig ist die Antriebslösung potenziell energieeffizienter und auch für den Tiefsee-Einsatz interessant.

Der Gymnobot nutzt nach dem biologischen Vorbild des Amerikanischen Weißstirn-Messerfischs eine Flosse, die entlang der Unterseite des starren Körpers verläuft und den Roboter durch wellenförmige Bewegungen antreibt. „Diese Form des Antriebs ist potenziell viel effizienter als konventionelle Propeller“, so Megill. Die besten derzeit verfügbaren rotierenden Propeller würden etwa 70 bis 80 Prozent der eingesetzten Energie in nutzbaren Schub umwandeln und viel mehr sei physikalisch nicht mehr möglich. „Fische dagegen wandeln 90 bis 95 Prozent des Muskelkraft in nutzbaren Schub um“, so der Wissenschaftler. Davon sei der Gymnobot zwar noch weit entfernt, doch hoffe das Team, dass diese hohe Effizienz langfristig mit Robotern erreicht werden kann – was Propeller definitiv ausstechen würde. Allerdings sei der erreichbare Schub begrenzt, weshalb die Antriebstechnik eher kompakten Wasserfahrzeugen vorbehalten bleiben dürfte, so Megill.

Schon jetzt hat der Flossenantrieb den Vorteil, dass er im Gegensatz zum einen Propeller keinen Seetang-Knoten aufwickeln und sich damit selbst blockieren kann. Das macht die Lösung beispielsweise für den Einsatz in küstennahen Gewässern zum Studium von Ökosystemen oder der Überprüfung von Strukturen wie Bohrinseln interessant. Für Tiefseeanwendungen könnte der Ansatz aus einem anderen Grund ebenso attraktiv sein. „Eines der größten Probleme in der Tiefsee-Technik ist, dass teure Dichtungen um rotierende Achsen nötig sind, um das Wasser bei hohem Druck aus den trockenen Teilen des Roboters zu halten“, erklärt Megill. Ein Roboter mit schwingender Flosse dagegen könnte einfach von einer durchgehenden Außenhaut umschlossen werden.

Die Entwicklung am Gymnobot geht indes weiter. „In späteren Projektstadien hoffen wir zu studieren, wie das Wasser um die Flosse fließt“, so Gymnobot-Entwicklerin Keri Collins. Speziell die entstehenden Wirbel seien von Interesse, da manche Fische beim Schwimmen zwar durch ihren Flossenschlag zunächst Wirbel bilden, diese aber dann durch den Gegenschlag wieder zerstören. Somit wird die im Wirbel steckende Energie wiederverwertet, die Schwimmbewegung also insgesamt energieeffizienter. „Es wird sehr interessant zu sehen, wie sich der Schub ändert, wenn wir bei unserer Flosse von einer Wellenbewegung mit konstanter Amplitude zu einer übergehen, die sich an einem Ende verjüngt“, meint daher Collins.