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Schwimmender Roboter ernährt sich von Schmutz im Wasser

Roboter-Forscher schielen ja oft auf die Tierwelt, wenn sie Inspiration für ihre mobilen Konstruktionen brauchen. Der Row-bot schwimmt wie eine Ruderwanze und Schmutzwasser hält ihn in Schwung.

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(Bild: Screenshot aus dem verlinkten Video)

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Gleich zwei Anleihen bei der Natur haben die Forscherinnen und Forscher Hemma Philamore, Jonathan Rossiter, Andrew Stinchcombe und Ioannis Ieropoulos aus Bristol für ihren Prototypen namens Row-bot genommen: Zum einen bewegt sich dieser schwimmende Roboter nach dem Vorbild der Ruderwanzen, die flach auf dem Wasser liegen und mit kräftigen Schlägen ihrer Hinterbeine für ausreichend Vortrieb sorgen. Zum anderen ist das System energetisch autonom: Es verwertet nach Vorbild von Tieren jene Nahrung, die im (verschmutzen) Wasser schwimmt, um daraus Energie zu gewinnen. Dazu ziehen Bakterien in einer sogenannten mikrobiellen Brennstoffzelle (microbial fuel cell, MFC) aus den aufgenommenen Nährstoffen Wasserstoff heraus, aus dem wiederum eine Brennstoffzelle elektrische Energie erzeugt.

(Quelle: Hemma Philamore / University of Bristol / Bristol Robotics Laboratory, Bristol, UK)

Übersichtsplan des Row-bot mit Maßen

(Bild: aus dem verlinkten Paper)

Mit kommerzieller Step-up-Hardware wird die geringe Spannung aus der mikrobiellen Brennstoffzelle in genügend hohe Spannung transformiert, um den Rudermechanismus mit Energie zu versorgen. Die Fortbewegung ist nötig, damit neues, nährstoffhaltiges Wasser ins Innere der MFC strömt. Daneben ist noch mehr als genügend Energie für den Klappenmechanismus übrig, der den Einlass und Auslass zur Brennstoffzelle öffnet oder verschließt. Damit zeigt der Row-bot, dass sich spezielle mobile Roboter prinzipiell selbst mit der nötigen Energie versorgen können – vorausgesetzt, ihre unmittelbare Umgebung enthält genügend verwendbare Nährstoffe. Die mechanische Ruderwanze ist dabei natürlich noch kein fertiges, ganz autonomes System, sondern ein Proof-of-Concept-Prototyp, der noch an der Kabel-Nabelschnur zum steuernden Arduino außerhalb des Beckens hängt. Die Forschergruppe stellte ihren Row-bot Ende September bei der International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) in Hamburg vor.

Schnitt durch die Brennstoffzelle

(Bild: aus dem verlinkten Paper)

Beim Bristol Robotics Laboratory verfolgt man schon seit Jahren mit Ausdauer den Ansatz, dass sich Roboter mit Energie versorgen könnten, indem sie solche Stoffe aufnehmen und umwandeln, mit denen keiner sonst etwas anfangen will. So ernährte sich bereits der Ecobot III aus dem Jahr 2010 von Abwasser, das seinerzeit aber noch künstlich hergestellt wurde. Um seine MFC zu versorgen, fuhr der Roboter selbstständig an einen Spender und zapfte frisches Abwasser. Auf diese Weise lief die Maschine einmal bereits sieben Tage am Stück autonom, ehe ein mechanischer Schaden menschliche Hilfe nötig machte. Längerfristig war seinerzeit geplant, die Diät des Ecobot III auf Fliegen umzustellen, die er über Pheromone selbst anlocken sollte. Als Ersatz für konventionelle Pumpen, die die Flüssignahrung im Roboter transportieren, stellten die Forscher aus Bristol im Jahr 2013 ein urinbetriebenes Roboterherz vor.

  • Abstract des Papers als PDF: Hemma Philamore, Jonathan Rossiter, Andrew Stinchcombe, Ioannis Ieropoulos: Row-Bot: An Energetically Autonomous Artificial Water Boatman, 2015 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Sept 28 - Oct 03, 2015, Congress Center Hamburg, Hamburg, Germany

(pek)