3D-Druck: Mini-U-Boot taucht ohne Motor

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on xing
Share on whatsapp
Share on email
Share on print

3D-Druck: Mini-U-Boot taucht ohne Motor

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on xing
Share on whatsapp
Share on email
Share on print

Forschende der ETH Zürich unter der Leitung von ETH-Professorin Kristina Shea haben mit Kollegen am Caltech in Pasadena, Kalifornien, ein neues Antriebskonzept für Tauchroboter entwickelt. Der Antrieb nutzt Temperaturschwankungen im Wasser und kommt ohne Motor und ohne Treibstoff- und Stromversorgung aus. Von Fabio Bergamin, ETH Zürich

ethz_mini_uboot_imageformat

Forschende der ETH Zürich unter der Leitung von ETH-Professorin Kristina Shea haben mit Kollegen am Caltech in Pasadena, Kalifornien, ein neues Antriebskonzept für Tauchroboter entwickelt. Der Antrieb nutzt Temperaturschwankungen im Wasser und kommt ohne Motor und ohne Treibstoff- und Stromversorgung aus. Von Fabio Bergamin, ETH Zürich

Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie entwickelten die Wissenschaftler ein mit Paddeln ausgestattetes, 7,5 Zentimeter langes Mini-U-Boot, das sie vollständig auf einem 3D-Drucker herstellten. Die Forschenden berichten darüber in der Fachzeitschrift PNAS.

Bewegt werden die Paddel durch ein Antriebselement, dessen Kernstück zwei Streifen aus einem Kunststoff mit Formgedächtnis 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, erwärmt, führt das Ausdehnen der «Muskeln» dazu, dass ein Hubelement rasch umklappt und so einen Paddelschlag auslöst. Die Bewegung, Stärke 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 ausführen kann und danach wieder von Hand zurückgesetzt werden muss. Wie die Wissenschaftler betonen, ist es jedoch möglich, komplexe Unterwasserroboter mit vielen Antriebselementen zu bauen. So haben die Wissenschaftler bereits ein Mini-U-Boot konstruiert, das mit einem Schlag vorwärtspaddelt, eine Münze absetzt und sich schließlich mit einem zweiten Paddelschlag in Gegenrichtung an den Ausgangspunkt zurückzieht. Über die Dimensionen der Kunststoffmuskeln definierten die Wissenschaftler, in welcher Reihenfolge die Paddelschläge ausgelöst werden: Dünne Kunststoffstreifen erwärmen sich in warmem Wasser schneller und reagieren daher auch schneller als dickere.

Zu denkbaren Weiterentwicklungen gehört der Einsatz von Kunststoffen, die nicht auf die Wassertemperatur, sondern auf andere Umwelteinflüsse wie zum Beispiel den Säuregrad oder den Salzgehalt des Wassers reagieren.

«Das Zentrale unserer Arbeit ist, dass wir eine neue und vielversprechende Antriebsart entwickelt haben, die vollständig 3D-gedruckt ist und ohne externe Stromquelle auskommt», sagt ETH-Professorin Shea. Eine mögliche spätere Anwendung wäre ein stromsparendes Vehikel zur Meereserkundung.

Video: https://youtu.be/HpQgY36XT3Y

Literatur:

Chen T, Bilal OR, Shea K, Daraio C: Harnessing bistability for directional propulsion of soft, untethered robots, PNAS, 15. Mai 2018, doi: 10.1073/pnas.1800386115

Chen T, Shea K: An Autonomous Programmable Actuator and Shape Reconfigurable Structures Using Bistability and Shape Memory Polymers, 3D Printing and Additive Manufacturing, 24. Mai 2018, doi: 10.1089/3dp.2017.0118

Bild: Visualisierung eines einfachen Mini-U-Boots mit zwei Paddeln. (Grafik: ETH Zürich / Tim Chen)

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on xing
XING
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
E-Mail
Share on print
Drucken

Ihre Meinung zum Artikel

Abonnieren
Benachrichtige mich bei
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments

Andere Leser haben sich auch für die folgenden Artikel interessiert

Top Jobs

Vertriebspartner
BricsCAD, bundesweit
› weitere Top Jobs

Redaktionsbrief

Tragen Sie sich zu unserem Redaktionsbrief ein, um auf dem Laufenden zu bleiben.

Wir wollen immer besser werden!

Deshalb fragen wir SIE, was Sie wollen!

Nehmen Sie an unserer Umfrage teil, und helfen Sie uns noch besser zu werden!

zur Umfrage

Aktuelle Ausgabe

Topthema: Neue Konzepte für Brückeninspektionen Mehr Sicherheit mit Drohne und digitalem Zwilling

Neue Konzepte für Brückeninspektionen

Mehr erfahren

Tragen Sie sich jetzt kostenlos und unverbindlich ein, um keinen Artikel mehr zu verpassen!

    * Jederzeit kündbar

    Entdecken Sie weitere Magazine

    Schön, dass Sie sich auch für weitere Fachmagazine unseres Verlages interessieren.

    Unsere Fachtitel beleuchten viele Aspekte der Digitalen Transformation entlang der Wertschöpfungskette und sprechen damit unterschiedliche Leserzielgruppen an.