Fischartige Bioroboter sind effizient und umweltfreundlich
Bionische Roboter in Fischgestalt nutzen zur Fortbewegung Schiffschrauben, Flossenantriebe oder Paddelflossen. Historisch hat sich die klassische Schiffsschraube, auch Propeller genannt, aus den Schaufelrädern der Dampfschiffe entwickelt. Für die moderne Schifffahrt wählte man diese technische Lösung, da die Umsetzung eines Flossenantriebs, wie ihn Fische nutzen, Schwierigkeiten bei der technischen Umsetzung der Hin- und Herbewegung einer Flosse auf rotierende Motorenteile bereitete. Aus diesem Grund haben sich Flossenantriebe bislang nicht durchsetzen können, obwohl sie strömungstechnisch günstiger sind. Denn durch die Wellenbewegung eines stromlinienförmigen Körpers, wie einem Tunfisch oder Pinguin, werden nur wenige Wasser um den schwimmenden Körper verwirbelt. Dies spart Energie und steigert die Wendigkeit im Meer.
Fischroboter mit bionischem Antrieb
Bereits seit den sechziger Jahren untersuchen Wissenschaftler die Besonderheiten der effizienten Fortbewegungsmöglichkeiten von Lebewesen im Wasser. So haben viele Meeresbewohner ihre Fortbewegungsart im Lauf der Jahrmillionen perfektioniert. Ihre Fortbewegungsprinzipien sollen den Anstoß für alternative Schiffsantriebe geben.
Hier einige der Forschungsansätze:
RoboTuna – künstlicher Blauflossen-Thunfisch
Im Auftrag der amerikanischen Marine entwickelten Forscher ein getreues Abbild des Blauflossen-Thunfischs für eine Unterwasser-Drohne. RobotTuna soll U-Boote observieren, Radioaktivität messen und mittels einer Unterwasser-Kamera die Gewässer überwachen. Thunfische gelten als die schnellsten Schwimmer. Sie erreichen Geschwindigkeiten von bis 60 bis 70 Stundenkilometer.
Proteus – Antrieb nach Pinguin-Art
Etwas kurios mutet das auf den einflossig angetribenen RoboTuna folgende Modell Proteus an. Doch die dem Pinguin nachempfundene Konstruktion kommt den gängigen Schiffskonstruktionen entgegen, weil es keinen sich bewegenden Bootskörper benötigt. Denn die beiden Paddel werden am Bootsende angebracht. Die Bewegung der Flossen wird über Motoren angetrieben.
Smoky – Roboterfisch nach dem Vorbild der Goldbrasse
Eine der neuesten Errungenschaften ist ein Fischroboter namens Smoky, der aus zehn Segmenten besteht, die gegeneinander beweglich sind und mit einer elastischen Hülle überzogen sind. Der künstliche Fisch ist der Goldbrasse nachempfunden und nutzt zum Schwimmen die typischen wellenförmigen Körperbewegungen der Fische. Sein Einsatzort sollen empfindliche Gewässer sein. Denn klassische Schiffsantriebe wie Schiffsschrauben wühlen in flachen Flüssen die Gewässerböden auf. Hierdurch nehmen Pflanzen und Tiere schaden.
Flossenantrieb für Tretboote
Auch Tretboote mit Propellern verursachen häufig Uferschäden und Unterspülungen. Diese Beeinträchtigungen der Gewässer können langfristig weitreichende Ökologische Folgen nach sich ziehen. Aus diesem Grund haben Wissenschaftler der TU Darmstadt Mitte der neunziger Jahre einen bionischen Roboter in Fischgestalt entwickelt, der einen Flossenantrieb besaß. Als Vorbild diente die waagerecht stehende Schwanzflosse des Wals, da sich deren Bewegung technisch leichter umsetzen lässt, als die einer senkrecht sehenden Flosse. Die langsame zyklische Tretbewegung ließ sich gut in eine Flossenbewegung mit ebenfalls zyklischem Kraft- und Geschwindigkeitsverlauf umsetzen.
Hybridwesen aus Robotermechanik und Fischmuskeln
Bereits 1786 erkannte Luigi Galvani die Reaktion von natürlichem Gewebe auf elektrische Impulse. Anfang des 21. Jahrhunderts konstruierten amerikanische Forscher einen Fischroboter mit künstlichen Muskeln. Dazu setzten sie Muskelfasern eines Frosches zwischen Kopf und Schwanz eines Fischroboters. Durch elektrische Reize bewegte sich dieser wackelnd durch eine Flüssigkeit. Solche Hybridwesen können jedoch auch umgekehrt funktionieren. So kann das menschliche Gehirn zum Beispiel eine biomechanische Prothese steuern.
Quellen:
- TU Darmstadt: Fischroboter als alternativer Schiffsantrieb der Zukunft, 20.04.2009
- Scinexx: Fischroboter macht Schiffe flott, 21.04.2009
- RoboTuna