Wissenschaftler der Cornell University arbeiten an der Entwicklung eines Roboters, der wie ein Delfin aus dem Wasser springen kann. Um dabei die durch den Übergang von Wasser in Luft auftretenden physikalischen Widerstände zu überwinden und eine möglichst hohe und elegante Springbewegung auszuführen, haben sie das natürliche Verhalten von verschiedenen Tieren detailgetreu studiert und Unmengen von Daten ausgewertet. Ergebnis ist der Prototyp eines Roboters, der sich mittels eines Scharniergelenks in seiner Mitte tatsächlich selbständig in die Luft katapultieren kann.
"In der Natur bewegen sich Tiere häufig aus und in das Wasser aus verschiedenen Gründen - etwa, um Jägern zu entkommen, Nahrung zu fangen oder mit Artgenossen zu kommunizieren. Da die Dichte von Wasser aber 1.000 Mal höher ist als jene von Luft, bedarf es dafür einer relativ grossen Anstrengung. Tiere, die im Wasser leben, müssen also auch mechanische Herausforderungen meistern", so Sunghwan Jung, Associate Professor im Bereich Biology and Environmental Engineering an der Cornell University.
Um herauszufinden, wie die natürlichen Vorbilder diese Herausforderungen schaffen und dabei noch ein Maximum an Bewegungseffizienz erreichen, hat der Forscher mit seinem Kollegen Brian Chang verschiedenste Tierarten wie Ruderflusskrebse oder Frösche studiert. "Wir haben eine Unmenge von Daten von Tieren unterschiedlicher Grösse gesammelt - von einem Millimeter bis zu zig Metern -, die aus dem Wasser springen können. Das half uns, das Verhältnis von maximaler Sprunghöhe und Körpergröße besser zu verstehen. Auf Basis dieser Daten können wir effiziente Systeme für den Ein- und Austritt aus dem Wasser entwickeln", so Jung.
Wohin die Reise technologisch gehen könnte, demonstrierten die beiden Wissenschaftler kürzlich auf der Jahrestagung der Division of Fluid Systems der American Physical Society in Atlanta. Dort zeigten sie einen ersten Prototypen, der von Design und Funktionsweise her ein wenig an ein Türscharnier erinnert: Der kleine Roboter verfügt über ein bewegliches Gelenk in seiner Mitte, ist mit Gummiband umwickelt, um den physikalischen Widerstand beim Wasseraustritt zu reduzieren, und wird über einen dünnen Metalldraht unter Wasser in Position gehalten. Sobald dann ein elektrischer Impuls an ihn geschickt wird, dreht sich das Gelenk nach unten und katapultiert ihn aus dem Wasser.
"Natürlich springt unser Roboter im Moment noch nicht so hoch wie seine natürlichen Vorbilder. Das liegt daran, dass er nicht so stromlinienförmig gebaut ist und eine Menge Wasser mitreisst, wenn er sich bewegt", gibt Jung zu. Genau hier wollen die Forscher aber noch in den nächsten Monaten mit einem neuen Design nachbessern.
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