Roboterfisch sorgt mit Bewegungsdurchbruch für Furore

Jun 15, 2023

Motion Design INSIDER

Ein Roboterfisch, der mit einem gedrehten und gewickelten Polymer (TCP) ausgestattet ist, um ihn voranzutreiben, ein leichtes, kostengünstiges Gerät, das auf Temperaturänderungen basiert, um Bewegung zu erzeugen, könnte die Unterwassererkundung zugänglicher machen.

TCP funktioniert, indem es sich bei Erwärmung wie ein Muskel zusammenzieht und die Energie in mechanische Bewegung umwandelt. Das in dieser Arbeit verwendete TCP wird durch Joulesche Erwärmung erwärmt – das Fließen von Strom durch einen elektrischen Leiter, der Wärmeenergie erzeugt und den Leiter erwärmt. 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, sodass 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 auf der 6. IEEE-RAS International Conference on Soft Robotics (RoboSoft 2023) veröffentlichten Ergebnisse bieten einen neuen Weg zur Erhöhung der Betätigungsfrequenz von TCPs durch thermomechanisches Design und zeigen die Möglichkeit der Verwendung von TCPs mit hoher Frequenz in wässrigen Umgebungen.

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

„Sie können aus sehr leicht zugänglichen 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 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, sodass er immer noch in der Lage ist, 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: „Unser Roboterfisch schwamm mit der schnellsten Betätigungsfrequenz, die in einer echten TCP-Anwendung gefunden wurde, und auch mit der höchsten Fortbewegungsgeschwindigkeit einer TCP-Anwendung, die es bisher gab.“

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

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