Schwimmroboter spielen eine entscheidende Rolle bei der Kartierung der Verschmutzung, der Untersuchung von aquatischen Ökosystemen und der Überwachung der Wasserqualität in empfindlichen Bereichen wie Korallenriffen oder Seeküsten. Viele Geräte stützen sich jedoch auf laute Propeller, die wild lebende Tiere stören oder schädigen können. Die natürliche Unordnung in diesen Umgebungen – einschließlich Pflanzen, Tieren und Trümmern – ist auch eine Herausforderung für Roboterschwimmer.
Jetzt haben Forscher im Labor für Soft -Transducers und im Labor für das unstabile Flow Diagnostics an der EPFL -School of Engineering und am Max Planck Institute for intelligentes Systeme einen kompakten und vielseitigen Roboter entwickelt, der durch enge Räume manövriert und Nutzlasten transportieren kann als sich selbst als sich selbst zu transportieren als sich selbst . Der flinke Schwimmroboter ist kleiner als eine Kreditkarte und ein Gewicht von 6 Gramm. Er ist ideal für Umgebungen mit begrenztem Raum wie Reisfeldern oder für Inspektionen in Wassermaschinen. Die Forschung wurde in veröffentlicht in Science Robotics.
„Im Jahr 2020 zeigte unser Team autonome Krabbel-Roboter im Insektenmaßstab, aber es ist eine neue Herausforderung, ungela-dünne Roboter für aquatische Umgebungen zu machen“, sagt Herbert Shea, Labor der EPFL-Softtransducers. „Wir mussten von vorne anfangen, leistungsstärkere weiche Aktuatoren, neue, wellige Fortbewegungsstrategien und kompakte Hochspannungselektronik entwickeln.“
Miniaturelektronik für den autonomen Betrieb
Im Gegensatz zu herkömmlichen propellerbasierten Systemen verwendet der EPFL -Roboter stillschweigend wellige Flossen, die von Marine Flatworms inspiriert sind -für den Antrieb. Dieses Design, kombiniert mit seinem leichten Gewicht, ermöglicht es dem Roboter, auf der Wasseroberfläche zu schweben und sich nahtlos in natürliche Umgebungen zu mischen.
„Unser Design repliziert die Natur nicht einfach; es geht über die natürlichen Organismen hinaus“, erklärt der ehemalige EPFL -Forscher Florian Hartmann, heute Forschungsgruppenleiter am Max -Planck -Institut für intelligente Systeme in Stuttgart, Deutschland.
Durch die Oszillation seiner Flossen bis zu 10-mal schneller als Marine-Flachwürmer kann der Roboter eine beeindruckende Geschwindigkeit von 12 Zentimetern (2,6 Körperlänge) pro Sekunde erreichen. Der Roboter erreicht auch eine beispiellose Manövrierfähigkeit, indem er vier künstliche Muskeln verwendet, um die Flossen zu fahren. Zusätzlich zum Vorwärtsschwimmen und Drehen kann es nach hinten und seitlich schwimmen kontrolliert werden.
Um den Roboter zu treiben, entwickelten die Forscher ein kompaktes elektronisches Steuerungssystem, das bis zu 500 Volt an die Aktuatoren des Roboters mit einer geringen Leistung von 500 Milliwatt liefert – viermal geringer als die einer elektrischen Zahnbürste. Trotz der Verwendung von hoher Spannung machen die niedrigen Strömungen und die Abschirmung des Roboters ihn für seine Umgebung völlig sicher. Lichtsensoren wirken als einfache Augen und ermöglichen es dem Roboter, Lichtquellen autonom zu erkennen und zu folgen.
Die Forscher stellen sich vor, dass der Roboter unter anderem zu ökologischen Studien, Verschmutzungsverfolgung und Präzisionslandwirtschaft beiträgt. In den nächsten Schritten besteht die Erstellung einer robusteren Plattform für Feldtests.
„Wir wollen die Betriebszeiten verlängern und die Autonomie verbessern“, sagt Hartmann. „Die grundlegenden Erkenntnisse, die aus diesem Projekt gewonnen wurden, werden nicht nur die Wissenschaft der bioinspirierten Robotik vorantreiben, sondern bilden auch die Grundlage für praktische, lebensechte Robotersysteme, die mit der Natur harmonieren.“
