Eine Drohne für rasante Übergänge zwischen Luft und Wasser

Wissenschaftler der Beihang University, des Imperial College London und der Empa zeigen einen Roboter, der sich in weniger als einer Sekunde von einer Unterwasserdrohne in eine fliegende Drohne verwandelt. Dieser Vorgang basiert auf einem neuen Propellerdesign, das einen schnelleren Wechsel zwischen den unterschiedlichen Medien erlaubt als bei den meisten bisherigen Luft-Wasser-Robotern. Der vielseitige Roboter, der von einem Team von Wissenschaftlern aus China, dem Vereinigten Königreich und der Schweiz entwickelt wurde, könnte mit seiner biologisch inspirierten Klebescheibe für die Beobachtung von Ökosystemen aus der Luft und im Wasser eingesetzt werden.

"Freie" Drohnen - also solche ohne Verbindung zu einer Basisstation - können bei Forschungsexpeditionen oder Umweltüberwachungen in weitläufigen oder abgelegenen Gegenden wie dem offenen Meer eine enorme Hilfe sein, aber es gibt noch Verbesserungspotenzial. So sind unbemannte Drohnen etwa nicht die beste Wahl für lang andauernde Missionen, da sie keine externen Energiequellen haben, auf die sie zurückgreifen könnten, wenn ihr Akku ausfällt.

Um dies zu verbessern, haben die Wissenschaftler einen dualen Roboter für Einsätze sowohl in der Luft als auch im Wasser im 3-D-Druckverfahren hergestellt, der seinen Stromverbrauch durch Trampen senken kann. Der Roboter verfügt über einen Saugnapf, der von den Schiffshalter-Fischen inspiriert ist, die sich mittels ihrer Haftscheiben an Meerestiere wie Walen und Haien anhaften können. Die Haftscheibe des ferngesteuerten Roboters kann auf nassen und trockenen Oberflächen mit unterschiedlicher Beschaffenheit haften, selbst auf sich bewegenden Objekten.

Der vom Schiffshalter-Fisch inspirierte Adhäsionsmechanismus. (Source: Screenshot https://www.youtube.com/watch?v=AcRb6R4ozIw&feature=emb_logo)

In verschiedenen Tests fuhr der Roboter auf einem schwimmenden Wirtsfahrzeug mit, um Videoaufnahmen vom Meeresboden, etwa von Einsiedlerkrebsen, Jakobsmuscheln und Seegras zu machen. "Unsere Studie zeigt, wie wir uns vom Adhäsionsmechanismus der Schiffshalter-Fische inspirieren liessen und ihn mit luftgestützten Robotersystemen kombiniert haben, um neuartige Mobilitätsmethoden für die Robotik zu erreichen", so Mirko Kovac, der sowohl das Materials and Technology Center of Robotics der Empa als auch das Aerial Robotics Lab am Imperial College London leitet.

Dabei verbrauchte der trampende Roboter fast 20-mal weniger Energie als mit einem Eigenantrieb. Bei seinen Tests konnte das Team zeigen, dass der Roboter auch im offenen Meer per Anhalter fahren, selbst während des Übergangs von der Luft ins Wasser Videoaufnahmen machen und sowohl in Süss- als auch in Salzwasser Bergungsarbeiten durchführen kann.

Dieser Beitrag erschien zuerst bei der Empa.

Mehr Lesestoff: Der Empa-Forscher Mirko Kovac hat einen "ERC Consolidator Grant" erhalten. Kovac entwickelt Metamorphose-Drohnen für den Einsatz in Gegenden mit komplexen Umweltbedingungen.