Robo-Rochen als Munitions-Sucher

Künftig könnten flexible Roboter in Rochenform den Meeresgrund nach Metallteilen und alter Munition absuchen. Möglich wird dies dank einer neuentwickelten Sensorhaut auf Textilbasis. Sie erlaubt es den Unterwasserrobotern, besonders schwer erreichbare Gebiete zu erkunden und mit den Sensoren abzutasten. Die Mikro-Elektronik der Haut kann auch an den Einsatz auf Landrobotern, beispielsweise beim Tunnelbau, angepasst werden.

In der Tiefe des Ozeans lauern viele Gefahren, doch nicht alle von ihnen stammen aus der Natur. Einige, wie beispielsweise alte Kriegsmunition, wurden vom Menschen dort eingebracht – und können ihm später zum Verhängnis werden. Besonders bei Bauvorhaben wie neuen Off-Shore-Windparks oder Tiefsee-Kabeln muss der Meeresgrund zuvor auf mögliche Sprengkörper oder Metallteile abgesucht werden. Auf offenen Flächen kommen hierfür Spezial-U-Boote zum Einsatz, doch schwer erreichbare und enge Gebiete werden auch heute noch von speziell geschulten Tauchern abgesucht.

Künftig könnte eine neue Generation an Robotern diese gefährliche Aufgabe jedoch übernehmen. Für das Design dieser robotischen Helfer wurde ein besonderer Fisch zum Vorbild genommen: der Mantarochen. Er hat einerseits eine große Spannweite – so kann eine große Fläche in einem Durchgang abgesucht werden – andererseits ist er dank beweglicher Wirbel sehr wendig. Genau hier liegt allerdings auch das Problem der bisherigen Roboter. Durch die Messinstrumente und deren Befestigung waren die Robo-Rochen nicht mehr beweglich genug.

Textil mit eingenähten Sensoren

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) in Berlin haben nun eine mögliche Lösung dieses Problems vorgestellt. Im Rahmen des Projektes Bionic RoboSkin entwickelten sie eine feuchtedurchlässige und damit druckneutrale Sensorhaut, die über die Flügel des Robo-Rochens gezogen werden kann. Diese besteht aus einem flexiblen Textilverbund, in den die benötigten Sensorelemente und Verbindungskabel eingenäht werden.

Die verschiedenen Sensormodule können dem Manta bei der Suche von Sprengstoffen und Metallteilen helfen, sind aber auch entscheidend für seine Orientierung, indem sie Annäherungen und Berührungen registrieren. So helfen sie dabei, seine Umgebung zu erkennen und zu analysieren. Es ist auch möglich, ein Touchpad in die Sensorhaut zu integrieren, über das ein Taucher dem Rochen Befehle übermitteln kann, wie das Forschungsteam berichtet.

Zusätzlich versahen die Wissenschaftler die Roboterhaut noch mit LEDs, die ihm als eine Art Blinker dienen sollen. Durch sie kann der Manta sogar signalisieren, in welche Richtung er als nächstes schwimmt.

Modularität dank Clip-Verbindungen

Mithilfe von wasserfesten Kabeln werden die Sensor-Elemente mit dem Rumpf des Roboters verbunden, der sich um die Verarbeitung der Daten, die Kommunikation und die Energieversorgung kümmert. Eine besondere Herausforderung war es laut IZM, die Sensorelemente und Verbindungen entsprechend zu miniaturisieren, damit sie direkt unter die Textilhaut eingebaut werden können. Dort müssen sie dann Größen wie Beschleunigung und Druck messen, ohne die Beweglichkeit des Rochens einzuschränken.

Die Konfiguration der Sensorelemente ist dabei allerdings nicht endgültig. Lediglich das etwa zehn mal 23 Millimeter große Gehäuse ist fest in die Textilhaut integriert. Über eine Clip-Verbindung durch kleine Schnapphaken kann das entsprechend benötigte, nur rund 1,6 Millimeter hohe Sensormodul dann dort angebracht werden. Durch diese Modularität erhoffen sich die Forscher eine einfache und schnelle Neukonfiguration für das jeweils benötigte Anwendungsgebiet.

Auch im Tunnelbau einsetzbar

Die Wissenschaftler wollen sich bei künftigen Anwendungen ihrer neuen Sensorhaut nicht nur auf die Unterwasserwelt beschränken. In einem weiteren Szenario wollen sie die Technik auch auf einen Bodenroboter, den sogenannten „Dachs“ übertragen. Mithilfe der druck- und feuchtedurchlässigen Haut soll er bei Tunnelarbeiten und anderen Bauvorhaben schwer zugängliche Bereiche erkunden und dort Metall detektieren und Vermessungen durchführen können.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM