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DMZ - WISSENSCHAFT & FORSCHUNG ¦ Marco Perroulaz ¦
In bestimmten Situationen, etwa nach Katastrophen wie Überschwemmungen oder Atomunfällen, wären Roboter wünschenswert, die von Wasser in Luft übergehen können. Bislang war der hohe Energiebedarf, den der Start aus dem Wasser erfordert, schwierig zu erreichen. Nun gelang es Forschern des «Imperial College London» einen bio-inspirierten Roboter zu entwickeln, der Wasser aus der Umwelt nutzt, um ein Antriebsgas zu erzeugen und von der Wasseroberfläche zu starten.
Nach dem Start kann dieser so rund 26 Meter weit fliegen und könnte dann etwa zur Entnahme von Wasserproben in gefährlichen und unübersichtlichen Umgebungen oder bei der Überwachung der Meeresverschmutzung eingesetzt werden, berichtet das Team um Mirko Kovac, der auch das gemeinsame «Materials and Technology Center of Robotics» an der Empa leitet, in der neuesten Ausgabe des Fachmagazins «Science Robotics».
Das Antriebssystem benötigt nur 0,2 Gramm Calciumcarbidpulver in einer Brennkammer. Der einzige bewegliche Teil ist eine kleine Pumpe, die Wasser aus der Umgebung einsaugt, in der sich der Roboter befindet, etwa ein See oder der Ozean.
Das Wasser wird dann in einer Reaktionskammer mit dem Calciumcarbidpulver zusammengebracht und erzeugt so brennbares Acetylengas. Während sich das Gas entzündet und ausdehnt, drückt es das Wasser als Antribsstrahl heraus, der den Roboter aus dem Wasser ‚schiesst’ und in einen Gleitflug von bis zu 26 Metern antreibt.
»Da sich die Kammer passiv füllt und das Umgebungswasser wie ein Kolben wirkt, können wir einen vollständigen Verbrennungszyklus mit nur einem beweglichen Teil erzeugen, nämlich der Pumpe, die das Wasser mit dem Kraftstoff vermischt.« erläutert Kovac.
Das Entwicklerteam testete den Roboter im Labor, in einem See und in einem Wellentank und konnte dabei zeigen, dass er auch unter eher rauen Bedingungen von der Wasseroberfläche abheben kann. Während ähnliche Roboter oft ruhige Bedingungen benötigen, um aus dem Wasser abzuheben, erzeugt die Neuentwicklung des Teams eine Kraft, die dem 25-fachen seines Gewichts entspricht. Daher steigt die Wahrscheinlichkeit, dass der Roboter die Wellen überwinden und tatsächlich abheben kann. Der nur 160 Gramm leichte Roboter kann nach dem Nachfüllen seines Wassertanks mehrfach ‚hüpfen‘. Dies könnte es ihm ermöglichen, ohne zusätzliche Energieversorgung auf dem Wasser zu schwimmen und an mehreren Stellen Proben zu entnehmen, was im Vergleich zu einem elektrisch angetriebenen Roboter über grössere Entfernungen erheblich Energie spart.
Das Team arbeitet nun mit Forschern der Empa zusammen, um neuartige Roboter aus modernen Materialien zu bauen und Feldversuche mit dem Roboter in verschiedenen Umgebungen durchzuführen, darunter die Überwachung von Ozeanen rund um Korallenriffe und Offshore-Plattformen.
Quelle: Empa, Communications, Dübendorf, St. Gallen und Thun