Ein Forschungsteam der University of Maryland arbeitet an der Verbesserung leiser und effizienter Antriebe für Unterwasserdrohnen. Eine eigene unbemannte Unterwasserdrohne ist derzeit in der Entwicklung. Dafür haben die Forscher eine künstliche Heckflosse entwickelt, die sich an der eines Thunfischs orientiert. Die stromlinienförmige Flosse soll den Unterwasserroboter leiser, schneller und wendiger machen.
Unterwasserdrohnen werden etwa für Forschungen im Meer, Inspektionsaufgaben von Unterwasserkabeln und militärische Aufgaben eingesetzt. Dabei steht im Vordergrund, dass sie sich möglichst leise bewegen und effiziente Antriebe haben, um Strom zu sparen. Die bisher häufig verwendeten Schubdüsen sind groß und ragen an den Seiten einer Unterwasserdrohne raus. Damit erhöhen sie den Widerstand und benötigen im Betrieb mehr Strom. Außerdem haben sie dadurch eine größere Bauform und müssen größere Abstände zu Hindernissen im Wasser halten. Hinzu kommt das Geräusch der Elektromotoren. Für Forschungsaufgaben im Meer sind sie wenig geeignet, da der Lärm die Tierwelt stört. Auch für den militärischen Einsatz ist Lautstärke hinderlich, fliegt doch die Tarnung eines solchen Unterwasserroboters dann zu schnell auf.
Künstliche Fischflosse als Antrieb
Eine Flosse, die die Schwanzflosse eines Thunfischs nachahmt, soll alle bestehenden Probleme der Antriebe von Unterwasserdrohnen beseitigen, ist die Idee von Cecilia Huertas-Cerdeira, Hauptautorin der Studie "A 3-DOF caudal fin for precise maneuvering of thunniform-inspired unmanned underwater vehicles", die in Scientific Report erschienen ist. Dazu hat Huertas-Cerdeira analysiert, was Fische zu so guten Schwimmern macht. Fische ändern die Steifigkeit ihrer Flossen situativ, wenn sie durch das Wasser schwimmen, reagieren damit also auf die Kräfte des strömenden Wassers. Um etwa ein Flattern der Flosse zu verhindern, versteifen sie bestimmte Bereiche der Flosse, andere Regionen machen sie dagegen flexibler.
Herausgekommen ist zunächst ein Prototyp aus dem 3D-Drucker, der das Verhalten einer biologischen Fischflosse nachahmt. Sie besteht aus einem weichen Material, das an spezifischen Stellen luftgefüllte Kammern aufweist. Die Kammern werden per Druckluft befüllt oder entleert, je nachdem, wie hart oder weich die Flosse an der jeweiligen Stelle werden soll. Damit soll sich dann die Dynamik der Flosse eines biologischen Fischs imitieren lassen.
Huerta-Cerdeira hofft darauf, dass die Studie nicht nur für das eigene Unterwasserdrohnen-Projekt zum Einsatz kommt, sondern auch andere Wissenschaftler zu alternativen Antrieben inspiriert.
(olb)
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