So wendig wie der Weissstirn-Messerfisch ist ein Unterwasserroboter von Forschern der Northwestern Polytechnischen Universität mit Sitz in Xi’an, der Hauptstadt der Provinz Shaanxi in China. Obwohl er blitzschnell scharfe Kurven nehmen und ebenso flott die Richtung wechseln kann, ist der Körper des Fisches relativ starr. Für den Nachbau bedeutet das eine höchst einfache Konstruktion, denn sowohl das Original als auch der Nachbau bewegen sich durch die ungewöhnlichen Bewegungen einer einzigen, bandartigen Flosse an der Unterseite.
"Herkömmliche propellerbasierte Systeme haben Schwierigkeiten mit der Manövrierfähigkeit bei niedrigen Geschwindigkeiten und der Stabilität in komplexen Umgebungen", sagt Peng Xu, der den Roboter gemeinsam mit Ze-Jun Liang entwickelt hat. "Im Gegensatz dazu erreicht der Messerfisch eine präzise Steuerung durch Wellenbewegungen seiner Flosse, die Wanderwellen erzeugt. Das ist der Schlüssel für die Manövrierfähigkeit künftiger Unterwasserfahrzeuge", sagen die Experten.
Wanderwellen bewegen sich entlang eines Mediums, in diesem Fall entlang des Fischkörpers. Das haben die Wissenschaftler anhand von Aufnahmen der Bewegung von 18 Fischen mit Hochgeschwindigkeitskameras festgestellt, die fast 2.000 Bilder erzeugten. Seine hohe Beweglichkeit erreicht er, wie die Forscher feststellten, durch die dynamische Steuerung der Ausbreitungsrichtung der Wellen und des Wellenmusters.
"Bemerkenswert ist, dass der Fisch beim Schwimmen eine starre Körperhaltung beibehält, was den Widerstand verringert und die technische Herausforderung beim Bau von Robotersystemen vereinfacht", ergänzt Yi-Wei Fan, die zum Team der Northwestern Polytechnischen Universität gehört. "Diese Fähigkeit, Wellenparameter unabhängig voneinander zu steuern, bietet ein neues Paradigma für den Antrieb, das die Schuberzeugung von der Körperbeugung entkoppelt."
Dieses Wissen lässt das Team jetzt in einen Robo-Fisch einfliessen. Den Prototypen wollen sie in einem Aquarium und im freien Wasser mit Turbulenzen testen. "Unser oberstes Ziel ist es, Unterwasserfahrzeuge zu entwickeln, die mit derselben Effizienz und Agilität wie der Messerfisch operieren. Das eröffnet neue Möglichkeiten für Inspektions-, Erkundungs-, Such- und Rettungsmissionen in komplexen Unterwasserumgebungen, in denen herkömmliche Roboter an ihre Grenzen stossen", so Xu.
