Eine Drohne für rasante Übergänge zwischen Luft und Wasser

Die neue Drohne mit einer von Fischen inspirierten Saugscheibe hängt sich an bewegte Objekte, um Energie zu sparen, und kann schnell zwischen Luft und Wasser wechseln.
Beihang University / Science Robotics

Ein neuer Roboter ist in der Lage, sich in weniger als einer Sekunde von einer Unterwasserdrohne in eine fliegende Drohne zu verwandeln. Der Roboter verfügt ausserdem über eine vom Schiffshalter-Fisch inspirierte Saugscheibe, mit der er sich an nasse oder trockene, sich bewegende Objekte anheften kann, um erhebliche Mengen an Energie zu sparen. Die Drohne ist für die biologische und ökologische Überwachung von Meeresökosystemen konzipiert, etwa zur Untersuchung der Umweltverschmutzung auf hoher See, wie die Wissenschaftler der «Beihang University», des «Imperial College London» und der Empa in einer neuen, in «Science Robotics» veröffentlichten Studie darlegen.

Der ultraschnelle Übergang von einer Unterwasserdrohne zu einem Luftfahrzeug in weniger als einer Sekunde 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.

Mit dem Wal auf der Reise

«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 3D-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 Wale und Haie anhaften können. Die Haftscheibe des ferngesteuerten Roboters kann auf nassen und trockenen Oberflächen mit unterschiedlicher Beschaffenheit haften, selbst auf sich bewegenden Objekten.

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 ihren 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.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Mirko Kovac
Empa, Materials and Technology Center of Robotics
Tel. +41 58 765 46 89
mirko.kovac@empa.ch
Imperial College London, Aerial Robotics Lab
Tel. +44 20 7594 50 63
m.kovac@imperial.ac.uk

Redaktion / Medienkontakt
Dr. Michael Hagmann
Kommunikation
Tel. +41 58 765 4592
redaktion@empa.ch

Originalpublikation:

L Li, S Wang, Y Zhang, S Song, C Wang, S Tan, W Zhao, G Wang, W Sun, F Yang, J Liu, B Chen, H Xu, L Wen, P Nguyen, M Kovac.; Aerial-aquatic robots capable of crossing the air-water boundary and hitchhiking on surfaces; Science Robotics (2022); https://doi.org/10.1126/scirobotics.abm6695

Weitere Informationen:

https://www.empa.ch/web/s604/bioinspired-drone Empa-Medienmitteilung

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Rainer Klose Kommunikation
Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

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