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Roboterfische als Forschungsassistenten

© G6 Robotic Fish by Jindong Liu

Der Trend sich bei neuen Technologien an der Natur zu orientieren ist in den letzten Jahren immer prominenter geworden. Ob es sich um schmutzabweisende Farbe, wasserabweisende oder strömungsarme Textilien, bruchfeste aber leichte Materialien oder schlängelnde und schwimmende Roboter handelt, das Vorbild für eine bestimmte Funktion ist allzu oft in der Tierwelt zu finden.

Unbemannte Unterwasserfahrzeuge (UUVs) werden schon lange für unterschiedliche Anwendungsgebiete genutzt. Beispielsweise für Erkundungen und der Kartographie von Meeresgebieten zu Forschungszwecken. Die bisher genutzten UUVs haben in den meisten Fällen einen Propellerantrieb und oft eine torpedoartige Form. Herausforderungen stellen die schlechte Manövrierbarkeit, eine effiziente Energieversorgung und die Autonomie von UUVs dar. Fische hingegen können sich ohne großen Energieaufwand sehr flexibel und in großen Schwärmen unter Wasser fortbewegen. Diese  Eigenschaften versucht man auf unterschiedliche Weise für UUVs in der Technik zu integrieren.   

Die Vorteile von bio-inspirierten Unterwasserrobotern sind vielfältig. Eine effizientere Fortbewegung, geringere hydrodynamische und akustische Signaturen oder auch ein „störfreieres“ Beobachten der Unterwasserwelt sind Anwendungsgebiete dieser „Roboterfische“. Es gibt viele verschiedene Ansätze für bio-inspirierte Roboterfische. Oft wird sowohl die Körperform, als auch der Fortbewegungsmechanismus in die Technik überführt.

1. Sogenannte „Glider“ orientieren sich in Ihrer Form und im Antrieb an Rochen, welche lange Strecken mit minimalem Energieaufwand zurücklegen können. Diese UUVS eigenen sich besonders gut für Langzeit-Erkundungen, zum Beispiel zur Erfassung des Meeresgrundes (Geo-Daten). Ebenfalls bietet die nachgeahmte Köperform von Rochen ausreichend Platz für verschiedenste Sensoren.

2. Der Flossenantrieb von z.B. Rifffischen wird wiederrum zum Vorbild genommen wenn der Roboter eine hohe Manövrierfähigkeit für schwieriges Gelände (z.B. Erkundung von Schiffwracks) und eine gute Toleranz gegen sich stetig verändernde Strömungen (Erkundung von küstennahen Gebieten) benötigt. Für dieses Terrain werden seit einigen Jahren unter anderem auch Meeres-Schildkröten als Vorbild genommen, da vier Flossen sehr viele Freiheitsgrade der Bewegung erlauben und zusätzlich die Möglichkeit für hybride Fahrzeuge besteht, welche sowohl für den Wasser- als auch für den Landeinsatz befähigt sind.

3. Auch einigen Quallen-Arten und Tintenfische stehen im Fokus der Forschung wenn es um alternative Antriebe geht. Tintenfische nutzen zum Beispiel ein Rückstoßprinzip des Wassers um sich über eine kurze Distanz sehr schnell fortzubewegen.

Die Ausstattung der UUVs mit Sensoren ist wichtig, damit die Umgebungseigenschaften detektiert und ausgewertet werden können. Auch bei diesen Sensoren bedient man sich mittlerweile schon am Vorbild der Fische. Diese verfügen über verschiedenste Sinnessysteme, die es Ihnen erlauben sich bei schlechten Sichtverhältnissen, mittels Wasserströmung,  elektrischen Feldern oder am Magnetfeld der Erde zu orientieren. Auch die Autonomie der Roboter gewinnt immer mehr an Relevanz und neuronale Netzwerke werden hier zum Vorbild für steuernde Algorithmen genommen.

Neben den verschiedenen Antriebsformen und der Sensorik wird unter anderem auch das Schwarmverhalten der Fische beobachtet, analysiert und teilweise auch schon in der Technik umgesetzt, so dass sich mehrere kleine autonome Roboter im Schwarm fortbewegen können, um z.B. schneller große, teils schwer zugängliche Gebiete(z.B. Höhlen) zu erkunden.

Abgesehen von den wissenschaftlichen Anwendungen erfreuen sich Roboterfische auch im Privatgebrauch immer größerer Beliebtheit. Kleine leuchtende Fisch die durchs Aquarium schwirren und abends nicht gefüttert, sondern lediglich auf die Ladestation gesetzt werden müssen sind bestimmt für einige ein netter Haustierersatz.

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