Technische Anwendungen des Funktionsprinzips „Fischflosse“
In der Automatisierungstechnik ist die Bionik auf dem Vormarsch. Moderne Anlagen und Roboter greifen auf natürliche Vorbilder zurück.
Fischflossen verhalten sich unter seitlicher Druckeinwirkung unerwartet: Drückt man beispielsweise mit dem Finger leicht gegen die Schwanzflosse einer Forelle, so knickt diese nicht wie erwartet in Druckrichtung weg, sondern die Flosse bewegt sich entgegen der Druckrichtung zum Finger hin. Diesen Effekt bezeichnet man als Fin Ray Effect®.
Der patentierte Flossenstrahl-Effekt beruht auf der Struktur der einzelnen Flossenstrahlen. Diese bestehen jeweils aus zwei festen Streben, die an der Spitze zusammenlaufen und dort fest verwachsen sind. Die beiden Streben bilden ein spitzwinkliges Dreieck. Zwischen den zwei biegeelastischen Flanken befinden sich Querstreben, welche die Flanken auf Abstand halten und elastische Bewegungen ermöglichen.
Diese Funktionsumkehr bei seitlicher Krafteinwirkung ist die Grundlage vieler aktueller High-Tech-Lösungen. Einige Beispiele für ihre technische Anwendung:
Sortiervorrichtungen mit dem Fin Ray Effekt® – unter und über Wasser
Kern einer flexiblen Sortiermaschine ist ein technischer Flossenstrahl der Festo AG. Der Fallrüssel wird von zwei pneumatischen Muskeln angetrieben und sortiert im Anwendungstest mittels Farbsenoren farbige Kugeln in die entsprechenden Sammelkästen. Dieser Sortiermechanismus funktioniert auch unter Wasser.
Bionische Materialweiche (Festo)
Airacuda – ferngesteuerter, pneumatisch angetriebener künstlicher Fisch
Der Airacuda der Festo AG ist ein ferngesteuerter, pneumatisch angetriebener Fisch, der den Flossenantrieb seines natürlichen Vorbildes perfekt imitiert. Der technische Fisch ist in Funktion, Konstruktion und Form echten Fischen nachempfunden. Die Fortbewegung erfolgt mittels eines Flossenantriebs. Die Schwanzflosse des Airacuda besitzt einen fluiden Muskel, welcher einem echten Muskel äußerst ähnlich ist. Seine Struktur besteht aus einer Zug- und einer Druckflanke, welche mit Spanten verbunden sind. Der fluide Muskel verkürzt abwechselnd die Diagonalen in der Struktur, woraus die Hin- und Herbewegung der Schwanzflosse resultiert.
Airacuda - Fischroboter (Festo)
Air_ray – der fliegende Rochen
Der Air_ray ist ein flügelschlagender liegender Manta. Der fliegende Fisch kann gleichzeitig mit beiden Flügeln schlagen – aber auch mit dem Linken nach oben und dem Rechten nach unten, um fast auf der Stelle ein Wendemanöver auszuführen. Das Modell wurde von der Effekt Technik GmbH im Auftrag der Festo AG entwickelt und hat eine Spannweite von 4,20 Meter. Angetrieben wird er von konventionellen, elektrischen Servos. Das Flügelprinzip beruht ebenfalls auf dem Fin Ray Effect. Der Air_ray krümmt seine Flügel nach dem Flossenstrahl-Prinzip nach oben und unten. Die Flügelstruktur besteht aus gelenkig miteinander verbundenen Spanten. Der Dreharm des Servoszieht an den Flügelflanken, wodurch sich die Struktur selbständig entgegen der einwirkenden Kraft wölbt. Hierdurch erfährt der Flügel insgesamt eine vertikale Bewegung.
Air_ray fliegender Rochen (Festo)
AquaJelly und AirJelly – künstliche, selbststeuernde Systeme nach dem Vorbild der Quallen
Die neueste Entwicklung der Festo AG sind AquaJelly für den Betrieb unter Wasser und AirJelly für den Einsatz in der Luft. Hierbei handelt es sich um künstliche Quallen mit elektrischem Antrieb und einer intelligenten, adaptiven Mechanik. Jede Tentakel arbeiten nach dem Fin Ray Effekt. Die Fortbewegung beruht auf dem Rückstoßprinzip analog zum biologischen Vorbild Qualle. Außerdem verfügt das selbststeuernde System über ein ausgeprägtes Schwarmverhalten. Das heißt, jede Qualle entscheidet autonom welche Aktion sie durchführt. Befinden sich viele AquaJellies in einem Schwarm, so verhalten sie sich wie ein höher entwickeltes System. AirJelly verfügt über ein mit Helium gefülltes Ballonett und nutzt als Energiequelle zwei Lithium-Polymer-Akkus. Die Steuerung im dreidimensionalen Raum erfolgt durch Gewichtsverlagerungen.
AquaJelly - künstliche Qualle (Festo)
AirJelly - künstliche Qualle (Festo)