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Radkonstruktion Marsrover schwimmen wie Wüsteneidechsen im Sand

Quelle: Universität Würzburg 2 min Lesedauer

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Julius-Maximilians-Universität Würzburg
FAULHABER Antriebssysteme

Forschende aus Würzburg und Bremen haben nach dem Vorbild der Natur einen neuen Marsrover entwickelt. Seine Räder rollen nicht, sie machen Schwimmbewegungen. Damit ist er anderen Modellen bei der Fortbewegung auf Sand überlegen.

Der Marsrover mit den innovativen Rädern, die nach dem Vorbild einer Wüsteneidechse durch Sand „schwimmen“ können.(Bild: Marco Schmidt / Uni Würzburg)
Der Marsrover mit den innovativen Rädern, die nach dem Vorbild einer Wüsteneidechse durch Sand „schwimmen“ können.
(Bild: Marco Schmidt / Uni Würzburg)

Bei Einsätzen auf dem Mars müssen Rover mit Sand, Geröll, Hängen und einem generell uneinheitlichen Gelände klarkommen und dabei ihre Mobilität, Stabilität und Effizienz erhalten. „Herkömmliche Radkonstruktionen sind oft für das Fahren bei niedrigen Geschwindigkeiten optimiert und neigen dazu, auf weichem Boden zu rutschen, einzusinken oder stecken zu bleiben“, sagt Amenosis Lopez, ein Forscher in der Arbeitsgruppe von Professor Marco Schmidt, Leiter der Professur für eingebettete Systeme und Sensoren für die Erdbeobachtung (ESSEO) an der Universität Würzburg.

Von der Biologie inspiriert

Um dieses Problem zu lösen, hat das Forschungsteam auf ein tierisches Vorbild zurückgegriffen: den Sandfisch (Scincus scincus). Dabei handelt es sich um eine in der Sahara lebende Eidechse: Sie kann sich eingraben und dann regelrecht durch den Wüstensand „schwimmen“, um zu jagen oder um Raubtieren zu entkommen.

Zusammen mit Forschenden aus Bremen haben die Würzburger den Fortbewegungsmechanismus des Sandfisches in eine erste technische Lösung umgesetzt – einen Marsrover, der anderen Modellen bei der Fortbewegung auf Sand überlegen ist. „Die Räder imitieren die charakteristische Wechselwirkung des Tiers mit dem Boden, wobei sowohl Längs- als auch Querkräfte erzeugt werden. Der Rover hinterlässt im Sand sinusförmige Spuren – das bestätigt, dass der beabsichtigte Schwimmmechanismus erreicht ist“, so Amenosis Lopez.

Schmidts Gruppe hat den Rover in Kooperation mit dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) Bremen und der Universität Bremen auf Sand und im Freiland getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass sich das Fahrzeug stabil auf Sand fortbewegt. „Die Experimente haben uns auch klare Anhaltspunkte für Verbesserungen geliefert“, sagt der Würzburger Professor. Die ersten Sandfisch-Räder waren schwerer und schmaler als pneumatische Vergleichsräder. Das erhöhte den Druck auf den Untergrund und das Einsinken des Rovers. Es kam zu einer Kopplung von Schlupf und Einsinken, was die Steuerbarkeit verschlechterte.

Über die Hardware hinaus: hin zu intelligenter Mobilität

Diese Effekte ließen sich durch eine Verbesserung des Designs beheben: Die Radbreite wurde vergrößert und die Masse verringert. Damit wurde der Bodendruck gesenkt und der Schlupf reduziert. Stabilität und Steuerbarkeit des Rovers verbesserten sich. „Weitere Verfeinerungen der Radoberfläche dürften die Leistung auf gemischtem Gelände weiter verbessern“, so die Prognose der Forschenden.

Neben der Hardwareentwicklung zielt das ESSEO-Team darauf ab, seinen Beitrag zu VaMEx in Richtung softwaregesteuerter Mobilität auszuweiten.
Dazu plant es die Entwicklung von Steuerungsstrategien, die Rutschen, Einsinken und die Wechselwirkung zwischen Gelände und Rad explizit berücksichtigen und so ein stabileres und anpassungsfähigeres Verhalten des Rovers in körnigen Umgebungen ermöglichen.

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