April: Roboterfisch

Apr 05, 2024

Roboterfisch Tsam Lung You

Antagonistische Muskeln Tsam Lung You

Pressemitteilung vom 26. April 2023

Ein von Wissenschaftlern der Universität Bristol entwickelter spulenbetriebener Roboterfisch könnte die Unterwassererkundung leichter zugänglich machen.

Der Roboterfisch war mit einem gedrehten und gewickelten Polymer (TCP) ausgestattet, um ihn voranzutreiben. Dabei handelt es sich um ein leichtes, kostengünstiges Gerät, das auf Temperaturänderungen beruht, um Bewegungen zu erzeugen, was auch seine Geschwindigkeit begrenzt.

Ein TCP funktioniert, indem es sich bei Erwärmung wie Muskeln zusammenzieht und die Energie in mechanische Bewegung umwandelt. Das in dieser Arbeit verwendete TCP wird durch Joulesche Erwärmung erwärmt – der Stromfluss durch einen elektrischen Leiter erzeugt Wärmeenergie und erwärmt den Leiter. Durch die Minimierung des Abstands zwischen dem TCP auf der einen Seite des Roboterfischs und der Feder auf der anderen Seite wird die Flosse an der Rückseite aktiviert, wodurch der Roboterfisch neue Geschwindigkeiten erreichen kann. Der wellenförmige Schlag seiner Hinterflosse wurde mit einer Frequenz von 2 Hz gemessen, also zwei Wellen pro Sekunde. Die Frequenz des elektrischen Stroms entspricht der Frequenz des Schweiflappens.

Die Ergebnisse, die auf der 6. IEEE-RAS International Conference on Soft Robotics (RoboSoft 2023) veröffentlicht wurden, bieten einen neuen Weg zur Erhöhung der Betätigungshäufigkeit – der Aktion, eine Maschine oder ein Gerät in Betrieb zu setzen – Frequenz von TCPs durch thermomechanisches Design und zeigen die Möglichkeit auf der hochfrequenten Verwendung von TCPs in wässrigen Umgebungen.

Der Hauptautor Tsam Lung You vom Department of Engineering Mathematics in Bristol sagte: „Der Twisted-and-Coiled-Polymer-Aktuator (TCP) ist ein vielversprechender neuartiger Aktuator, der attraktive Eigenschaften wie geringes Gewicht, niedrige Kosten, hohe Energiedichte und einfachen Herstellungsprozess aufweist.

„Sie können aus sehr leicht zu beurteilenden Materialien wie einer Angelschnur hergestellt werden und ziehen sich bei Erwärmung zusammen und sorgen für eine lineare Bewegung. Aufgrund der Zeit, die für die Wärmeableitung während der Entspannungsphase benötigt wird, sind sie dadurch jedoch langsam.“

Durch die Optimierung des strukturellen Designs des TCP-Feder-Antagonisten-Muskelpaars und die Annäherung ihrer Ankerpunkte konnte die hintere Flosse bei gleicher TCP-Betätigung in einem größeren Winkel schwingen.

Obwohl dies eine größere Kraft erfordert, ist TCP ein starker Aktuator mit hoher Arbeitsenergiedichte und ist dennoch in der Lage, die Flosse anzutreiben.

Bisher wurden TCPs hauptsächlich für Anwendungen wie tragbare Geräte und Roboterhände verwendet. Diese Arbeit eröffnet weitere Anwendungsbereiche, in denen TCP eingesetzt werden kann, beispielsweise bei Meeresrobotern zur Unterwassererkundung und -überwachung.

Tsam Lung Sie fügten hinzu: „Unsere Roboterfische schwammen mit der schnellsten Betätigungsfrequenz, die in einer echten TCP-Anwendung zu finden war, und auch mit der höchsten Fortbewegungsgeschwindigkeit einer TCP-Anwendung bisher.“

„Das ist wirklich spannend, da es mehr Möglichkeiten der TCP-Anwendung in verschiedenen Bereichen eröffnet.“

Das Team plant nun, den Maßstab zu erweitern und einen von Messerfischen inspirierten TCP-gesteuerten Bandflossenroboter zu entwickeln, der wendig im Wasser schwimmen kann.

Papier:

„Robotic Fish powered by Twisted and Coiled Polymer Actuators at High Frequencies“ von Tsam Lung You et al. auf der 6. IEEE-RAS International Conference on Soft Robotics (RoboSoft 2023).