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ETH Zürich Unterwasserroboter schwimmt wie ein Kalmar

Autor / Redakteur: Luca Meister / Sariana Kunze

Die Vielfalt der Tierwelt in den Ozeanen beeinflusst Künstler und Mediziner wie auch Ingenieure. Ein Beispiel dafür ist das Projekt Sepios der ETH Zürich. Das Studentenprojekt befasst sich mit dem bemerkenswerten Fortbewegungskonzept von Kalmaren und Sepien, um dieses von der Natur für die Technik abzuleiten.

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Testversuch an der ETH Zürich: Sepios treibt sich durch den Pool.
Testversuch an der ETH Zürich: Sepios treibt sich durch den Pool.
(Bild: Kubo)

Sepien und Kalmare verfügen über zwei Seitenflossen, die sich entlang ihres stromlinienförmigen Körpers erstrecken. Die Meerestiere vollführen mit ihren Flossen wellenförmige Bewegungen, um unter Wasser Schub zu generieren. Ihre annähernd symmetrische Körperform erlaubt ihnen dabei, sich vorwärts wie auch rückwärts praktisch gleich gut fortzubewegen. Sie sind außerdem in der Lage, aus voller Fahrt abrupt abzubremsen und sofort in die Gegenrichtung zu beschleunigen.

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Projekt für flossengetriebenen Roboter gestartet

Fasziniert von diesem Antriebsmechanismus, starteten neun Studierende in Maschinenbau und Elektrotechnik ihr Bionikprojekt im Sommer 2013 beim Autonomous Systems Lab (ASL) am Maschinenbaudepartement der ETH Zürich. Ihr Ziel ist die Entwicklung und Herstellung eines flossengetriebenen Unterwasserroboters. Die den Kalmaren nachempfundenen Seitenflossen sollen dem Roboter erlauben, sich omnidirektional unter Wasser fortzubewegen.

Das Antriebskonzept der Kalmare ist in vielerlei Hinsicht von technischem Interesse: Es handelt sich um extrem effiziente Raubtiere, die in der Lage sind, unter Wasser sehr präzis zu manövrieren. Ihre Flossen erzeugen zwar Wirbel im Wasser, die potenzielle Beutetiere aufschrecken könnten; diese lassen sich jedoch durch geschickte Flossenbewegungen von der Beute fortlenken.

Untersuchung und Unterhaltung

Damit eignet sich das Konzept zum Beispiel für Filmaufnahmen von Meereslebewesen, die von einem propellerbetriebenen Gerät aufgeschreckt und verscheucht würden. Die hohe Flexibilität erlaubt zudem das Navigieren durch enge Röhren und Spalten, was etwa bei der Untersuchung von Schiffswracks oder Unterwasserhöhlen nützlich sein könnte. Dazu kommt, dass die Seitenflossen im Vergleich zu herkömmlichen Propellerantrieben viel weniger dazu tendieren, sich in Algen oder Seegras zu verfangen. Nicht zuletzt könnte man sich die optisch ansprechenden Flossenbewegungen auch zu Entertainmentzwecken in großen Aquarien vorstellen. Dort könnte der Roboter während einer Fischfütterung Nahaufnahmen der Tiere für die Besucher auf einen Bildschirm übertragen.

All diese Ideen lassen sich leider nicht in den zwei Semestern, die für das Projekt zur Verfügung stehen, realisieren. Daher konzentrieren sich die Studierenden darauf, die hohe Manövrierbarkeit zu demonstrieren, die das Antriebskonzept verspricht. Das ist der Grund, warum die Omnidirektionalität des Roboters als wichtigstes Ziel definiert wurde. Um dieses sicher erreichen zu können, wird der Roboter – im Gegensatz zum natürlichen Vorbild – mit vier Flossen konzipiert, die sich modular anbringen und wieder demontieren lassen. Die Konstruktionsphase wurde kurz vor Weihnachten 2013 abgeschlossen. Mit Beginn dieses Frühlingssemesters beginnen die Montage und erste Steuerungsversuche.

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