Bionischer Prototyp

Roboter-Rochen taucht bei über 100 Megapascal Wasserdruck

Dennis L.

Ein bionischer Roboter in Form eines Rochens hält den extremen Wasserdrücken von mehr als 100 Megapascal im Marianengraben stand. Dies eröffnet der Tiefseeforschung völlig neue Möglichkeiten.

Hangzhou (China).Im Jahr 1961 fuhren Jacques Piccard und US-Marineleutnant Don Walsh mit dem U-Boot Trieste erfolgreich bis auf 10.916 Meter in den Marianengraben. Seitdem konnten nur noch schwere U-Boote mit Stahlrumpf einem Wasserdruck von über 100 Megapascal standhalten, um die Tiefsee zu erforschen. Doch neue bionische Roboterrochen könnten die Erkundung der Tiefsee wesentlich erleichtern. Jetzt berichten Forscher aus China in Fachmagazin Nature über einen kleinen Prototyp, der aufgrund seiner weichen Struktur den Tauchgang in den Marianengraben überlebte und mit einer neuartigen Antriebstechnik wieder aufsteigen konnte.

Der neue Prototyp, der von Tiefeng Li von der Zhejiang-Universität in Hangzhou zusammen mit seinen Kollegen entwickelt wurde, ähnelt einem kleinen Rochen. Er besteht aus flexiblem Silikonkautschuk und hat eine Flügelspannweite von 28 Zentimetern, was etwa der Größe eines A4-Blattes Schreibpapier entspricht. Angetrieben wird er von künstlichen Muskeln aus einem elektroaktiven Kunststoff, die sich mit Stromimpulsen aus einer integrierten Batterie periodisch zusammenziehen und entspannen lassen. Dank der daraus resultierenden Flügelschläge kann der Roboter etwa fünf Zentimeter pro Sekunde schwimmen.

Hochsensible Technik muss vor dem hohen Wasserdruck geschützt werden

Li und Kollegen mussten vor allem die empfindliche Steuerelektronik vor den hohen Wasserdrücken schützen. Diese Geräte wurden dezentral über den gesamten Silikonkörper des Roboters verteilt, um sie vor Beschädigungen zu schützen.

Um Änderungen des Wasserdrucks erkennen zu können, musste ein neuartiger druckfester elektronischer Schaltkreis entwickelt werden. Das Team verwendete den Tiefseefisch Pseudoliparis swirei als Modell für einen elastischen Körper, der in den Roboter integriert wurde, und verteilte den Drucksensor über seinen Schädel. Durch diese verteilte Anordnung konnte die Elektronik vor hohen Wasserdrücken geschützt werden.

Dreistufige Testphase des Tiefseeroboters

Die Forscher testeten die Stabilität ihrer Elektronik in drei wesentlichen Schritten. Zunächst ließen sie ihren Prototyp in einem Hochdruckwassertanks im Labor schwimmen. Danach folgten Feldtests im Chinesischen Meer in einer Tiefe von rund 3.200 Metern und schließlich im Marianengraben in über 11.000 Metern Tiefe. Bei allen Tests blieb die Elektronik vollständig intakt.

Wissenschaftler wollen einen Roboterrochen von der Größe eines Oktopus in die tiefsten Tiefen des Ozeans schicken. Doch bevor sie das tun, müssen sie herausfinden, wie sie das Antriebssystem effizienter gestalten können. Derzeit reichen schon kleine Strömungen aus, um den Roboterrochen schnell aus der Bahn zu werfen.

Quelle: Nature; doi: 10.1038/s41586-020-03153-z

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