Spis treści:
Es ist nicht einfach, die überzeugenden Bewegungen von Naturwundern zu imitieren. Aber wenn man einmal angefangen hat, sind die Ergebnisse erstaunlich. Manchmal so überzeugend, dass es schwierig ist, zwischen synthetischen und echten Wesen zu unterscheiden.
Robotik, Mechanik, Automatisierung, Elektronik. Die Wissenschaften und Kategorien, aus denen Sie Botland am besten kennen. Genauso oft tauchen aber auch Biotechnologie und Biomimetik – die Kunst der Nachahmung der Natur in Anwendungen für neue Technologien – in unseren Artikeln auf. Wir haben bereits eine Vorschau auf alle drei Reiche gegeben – den Himmel und die dort fliegenden bionischen Vögel, den zentralafrikanischen Dschungel, in dem der froschähnliche Xenobot zu Hause ist, und jetzt ist es Zeit für die Meere und Ozeane.
Meeresroboter und stille Unterwassererkundung
Diese Idee ist nicht neu, aber sie ist sicherlich vielen Landratten entgangen. Ein Team der University of California hat 2018 einen aalähnlichen Roboter entwickelt – den sogenannten Aal-Roboter. Die Maschine erkundet ungehindert das salzige Meeres- und Ozeanwasser. Er bewegt sich mit Hilfe künstlicher Muskeln in einer Schlangenbewegung. Der Roboter sieht fast genauso wunderbar und beeindruckend aus wie andere Bewohner der Unterwasserwelt, denn sein Körper ist dünn und durchsichtig und nicht voller künstlicher elektronischer Komponenten, die ins Auge fallen. Er bewegt sich lautlos wie ein Raubtier.
Bei der Arbeit an ähnlichen Meeresroboter-Projekten haben Teams von Wissenschaftlern des Computer Science & Artificial Intelligence Laboratory am MIT und ein Team der University of California versucht, eine Lösung für ein Problem zu finden, mit dem Meeresbiologen seit Jahren zu kämpfen haben. Es geht darum, wie man die Tiefen überwachen und Daten sammeln kann, ohne das Ökosystem zu stören, zu beschädigen oder in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen.
Warum ist dieses Schweigen so wichtig und bahnbrechend? Die Forscher weisen darauf hin, dass die meisten Unterwasser-Forschungsschiffe eher U-Boote und Tauchkapseln mit starren Strukturen und Elektromotoren sind, die sie hörbar machen.
Die Idee für einen Eelume-Roboter wurde bereits 2016 von den Norwegern vorgeschlagen:
Von der Umwelt selbst angetrieben
Anstelle von Propellern, Turbinen oder Schrauben verwendet der Eel-Roboter weiche künstliche Muskeln. Er ist in der Lage, diese Bewegung auszuführen, indem er das Salzwasser, in dem er schwimmt, nutzt, um genügend Strom zu erzeugen, um seinen Körper vorwärts zu bewegen. Die Leitungen speisen nicht nur das Salzwasser um den Roboter herum, sondern auch die Wassersäcke in seinen künstlichen Muskeln mit Strom. Die Elektronik im Inneren des Roboters “schiebt” negative Ladungen durch das Wasser nach außen und positive Ladungen durch seine inneren Säcke. Das Ergebnis ist Strom, der die Muskeln des Aals aktiviert. Die Muskeln wiederum bewegen sich in die eine oder andere Richtung.
Es ist wie bei den Fischen – die wellenförmige Bewegung treibt sie vorwärts, nicht zur Seite, entlang der Linie des geringsten Widerstands. Der Körper des Fisches wellt sich regelmäßig und das Tier schwimmt vorwärts. Jede Welle bewegt sich vom Kopf zum Heck und trifft auf den Widerstand des Wassers. Viele Arten haben verschiedene Verbesserungen wie Ruder oder Stabilisatoren entwickelt, aber Aale als langgestreckte Fische bewegen sich nur nach diesem Prinzip und schwimmen, indem sie ihren Körper schlangenförmig biegen. Aber wie? Na so – unten ist ein Video zu sehen. In den Untertiteln finden Sie noch eine Beschreibung früherer Konzepte, aber das meiste davon stimmt überein.
“Der größte Durchbruch bei der Konstruktion war die Idee, die Umwelt zu nutzen”, so Michael T. Tolley. – sagte Michael T. Tolley, Autor der Studie und Professor für Maschinenbau an der Jacobs School der UC San Diego. “Es liegen noch einige Schritte vor uns, um eine wirklich praktische Roboterschlange zu schaffen, aber wir haben bereits bewiesen, dass es möglich ist.”
Der nächste Schritt für das Forschungsteam ist die Verbesserung des Ballasts für den Aal, damit er tiefer tauchen kann. Es wurde auch mit fluoreszierendem Farbstoff experimentiert, der als Vorstufe zu einem Unterwasserkommunikationssystem in die inneren Kammern des Aals eingeführt wurde.
Höher, weiter, tiefer vordringen
Während die Flugrobotik neben humanoiden Robotermodellen wie Sophia und autonomen Transportmitteln von Tesla und Toyota für Schlagzeilen sorgt, ist die Meeresrobotik ein ebenso florierendes Feld. Zu den zahlreichen Anwendungen gehören die Umweltüberwachung, die Kartierung extremer Wetterbedingungen, Gezeitenstudien – zum Beispiel zur Vorhersage der Bewegung von Plastikmüll – sowie die Überwachung und Reparatur verschiedener Wasser- und Unterwasseranlagen.
Wenn Sie genug Kraft und Sauerstoff haben, um in das Wissen einzutauchen, gibt es noch den TED-Talk A robot that runs and swims like a salamander, in dem der Robotiker und Designer Auke Ijspeert über Bioroboter spricht, der weniger als eine Viertelstunde dauert. Es gibt eine polnische Transkription – erweitern Sie das Menü mit 24 Sprachen am unteren Rand des Filmfensters.
Im Zusammenhang mit der Meeresumwelt gibt es eine Reihe zusätzlicher Herausforderungen, darunter die Notwendigkeit, das natürliche Ökosystem vor Maschinen zu schützen. Dies zwingt die Forscher zu einem kreativen Umgang mit Energiequellen und Materialien, wie es bei dem Universitätsprojekt der Fall war. Es ist eine beeindruckende Leistung, die zweifellos noch weitere folgen lassen wird und die scheue Fische und die empfindliche Unterwasserflora zweifellos zu schätzen wissen werden.
