Neuer Unterwasser-Roboter greift sensibel und kraftvoll zugleich
von belmedia Redaktion Allgemein business24.ch businessaktuell.ch Elektro Forschung Innovation Magazine Maschinen nachrichtenticker.ch Natur & Naturereignisse Natur & Umwelt News Projekte Technik Technologie Themen Tiere Tierwelt tierwelt.news Wildtiere Ⳇ Verbreitung
Mit einem Robotergreifarm, der sowohl sensibel ist, also seine Umgebung nicht übermässig strapaziert, als auch kraftvoll zupacken kann, wollen Forscher der Universität Peking die Unterwasser-Manipulation revolutionieren. Die Anregung für die Konstruktion haben sich die Experten beim Oktopus geholt.
Die Fangarme des Oktopus sind weich, wenn das Tier ein Objekt ansaugt oder ergreift, und versteifen sich blitzschnell, um eine bestimmte Position zu fixieren. Diese biologische Vorlage nutzten die chinesischen Wissenschaftler um Xie Guangming für die Entwicklung ihres Roboters.
Arm aus Formgedächtnispolymer
Der Roboterarm der Universität Peking arbeitet nach dem gleichen Prinzip. Er besteht aus einem Formgedächtnispolymer auf der Basis von Polymilchsäure und einem Heizelement. „Wir haben eine thermodynamische Synergie zwischen dem Material, der Geometrie und der Unterwasserumgebung geschaffen“, so Xie.
Die innere Silikonschicht verteilt die Wärme gleichmässig, die äussere Schicht wirkt während des Erhitzens als vorübergehende Barriere, und das umgebende Wasser wird beim Abkühlen zu einem aktiven Kühlkörper.
Elektrischer Strom als Weichmacher
Dieses Design sorgt für hohe Geschwindigkeit: Der Arm wird bei Anlegen einer elektrischen Spannung in nur 1,3 Sekunden weich und verfestigt sich innerhalb von 0,8 Sekunden, sobald der erwärmende elektrische Strom abgeschaltet wird.
„Das ist wesentlich schneller als bei jedem bisher bekannten Aktuator“, sagt Xie. Herkömmliche Systeme dieser Art benötigen für den Wechsel zwischen weich und fest oft zehn Sekunden und mehr.
Die zentrale Innovation ist ein „Soft-Rigid-Hybrid“-Manipulationsansatz. Während des Greifens bleiben die Arme nachgiebig, sodass sich die Saugnäpfe am Ende perfekt an unregelmässige Oberflächen anpassen können.
Sobald das Objekt gesichert ist, wird das Material schnell abgekühlt und der Arm steif, sodass schwere Gegenstände ohne kontinuierliche Energiezufuhr gehalten werden können. Die Formfixierung gilt als Meilenstein für lange Unterwassereinsätze.
Sammelaktion im Wasserbecken
Um den praktischen Nutzen zu belegen, testete das Team den Greifer in einem zwei Meter tiefen Becken, auf dessen Boden unter anderem Steine, Fischernetze, Plastikflaschen, Seegurken, Jakobsmuscheln, ein zerbrechlicher Teller, ein Aluminiumprofil und eine volle Bierflasche lagen.
Der Greifer wechselte nahtlos zwischen verschiedenen Greifmodi – er entfernte ein leichtes Fischernetz, sammelte empfindliche biologische Proben und hob die Flasche an. „Unser Roboter kann Objekte von extrem leichtem Schutt bis hin zu schwerem Festmüll handhaben“, betont Xie.
Der Roboter kann mit mehreren Armen ausgestattet werden. Haben sie alle ein Objekt ergriffen und gesichert, bläst der Roboter seinen Schwimmkörper auf, sodass er an die Oberfläche steigt, von seiner „Beute“ befreit wird und erneut auf Unterwassertour gehen kann.
Quelle: pressetext.redaktion/Wolfgang Kempkens
Bildquelle: Guangming Xie, pku.edu.cn