Tauchen ohne Motor

Forschende der ETH Z¨¹rich unter der Leitung von ETH-Professorin Kristina Shea haben mit Kollegen am Caltech in Pasadena, Kalifornien, ein neues Antriebskonzept f¨¹r Tauchroboter entwickelt. Der Antrieb nutzt Temperaturschwankungen im Wasser und kommt ohne Motor und ohne Treibstoff- und Stromversorgung aus.

Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie entwickelten die Wissenschaftler ein mit Paddeln ausgestattetes, 7,5 Zentimeter langes Mini-U-Boot, das sie vollst?ndig auf einem 3D-Drucker herstellten. Die Forschenden berichten dar¨¹ber in der Fachzeitschrift externe Seite PNAS.

Bewegt werden die Paddel durch ein Antriebselement, dessen Kernst¨¹ck zwei Streifen aus einem Kunststoff mit Formged?chtnis sind und das von ETH-Professorin Shea und ihrem Doktoranden Tim Chen entwickelt worden ist. Die Kunststoffstreifen dienen dem Boot als ?Muskeln?. Sie sind so beschaffen, dass sie sich in warmem Wasser ausdehnen. Wird das Wasser, in dem das Mini-U-Boot schwimmt, erw?rmt, f¨¹hrt das Ausdehnen der ?Muskeln? dazu, dass ein Hubelement rasch umklappt und so einen Paddelschlag ausl?st. Die Bewegung, St?rke und das Timing des Paddelschlags sind durch die U-Boot-Konstruktion genau definiert.

Vehikel mit mehreren Antriebselementen

Derzeit sind die Minivehikel so beschaffen, dass jedes Hubelement einen Paddelschlag ausf¨¹hren kann und danach wieder von Hand zur¨¹ckgesetzt werden muss. Wie die Wissenschaftler betonen, ist es jedoch m?glich, komplexe Unterwasserroboter mit vielen Antriebselementen zu bauen. So haben die Wissenschaftler bereits ein Mini-U-Boot konstruiert, das mit einem Schlag vorw?rtspaddelt, eine M¨¹nze absetzt und sich schliesslich mit einem zweiten Paddelschlag in Gegenrichtung an den Ausgangspunkt zur¨¹ckzieht. ?ber die Dimensionen der Kunststoffmuskeln definierten die Wissenschaftler, in welcher Reihenfolge die Paddelschl?ge ausgel?st werden: D¨¹nne Kunststoffstreifen erw?rmen sich in warmem Wasser schneller und reagieren daher auch schneller als dickere.

Zu denkbaren Weiterentwicklungen geh?rt der Einsatz von Kunststoffen, die nicht auf die Wassertemperatur, sondern auf andere Umwelteinfl¨¹sse wie zum Beispiel den S?uregrad oder den Salzgehalt des Wassers reagieren.

?Das Zentrale unserer Arbeit ist, dass wir eine neue und vielversprechende Antriebsart entwickelt haben, die vollst?ndig 3D-gedruckt ist und ohne externe Stromquelle auskommt?, sagt ETH-Professorin Shea. Eine m?gliche sp?tere Anwendung w?re ein stromsparendes Vehikel zur Meereserkundung.