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Energieversorgung: Künstliches Blut erhöht die Roboter-Ausdauer

Er sieht aus wie ein Albino-Feuerfisch, ist aber ein Roboter, der durch ein spezielles "Roboterblut" circa 36 Stunden lang gegen eine Strömung schwimmen kann.

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(Bild: Nature.com )

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Robotik-Ingenieure haben schon immer neidisch auf die biologische Konkurrenz mit ihrer unschlagbar effizienten, dezentralen Energieversorgung geschaut: Jede Zelle hat da ihr eigenes Kraftwerk und wird durch den Blutkreislauf ständig mit den für den Betrieb nötigen Rohstoffen versorgt. Dem Gesamtorganismus ermöglicht das in der Regel Ausdauerleistungen, hinter denen die mechanischen Nachbildungen mit ihren schweren Akkus weit zurückbleiben.

Forscher der US-amerikanischen Cornell University und der University of Pennsylvania haben jetzt im Wissenschaftsmagazin Nature einen neuen Ansatz zur Lösung dieses Energieproblems vorgestellt, der sich am Modell des Blutkreislaufs orientiert. Die Forschungsgruppe um Robert F. Shepherd hat einen Roboterfisch konstruiert, gestaltet nach dem Vorbild eines Feuerfisches, dessen Flossen hydraulisch angetrieben werden. Die Hydraulikflüssigkeit dient dabei aber nicht nur der Kraftübertragung, sondern ist zugleich auch Energiespeicher: Die in der Flüssigkeit gelösten Triiodid-Ionen dienen als Kathode, Zinkzellen als Anode. Bei der Oxidation des Zinks werden Elektronen freigesetzt, die den Microcontroller des Roboters ebenso betreiben wie die Pumpen zur Bewegung der Flossen.

Die theoretisch mögliche Energiedichte dieses Systems beziffern die Forscher mit 322 Wattstunden pro Liter. Das liege bei ungefähr der Hälfte der 676 Wattstunden/Liter einer Lithium-Ionen-Batterie, mit der zum Beispiel ein Fahrzeug des Typs Tesla Model S ausgestattet sei. So ein Elektroauto müsse aber auch Motoren und eine Menge anderen Ballast mit sich herumschleppen, gibt Evan Ackerman in IEEE Spectrum zu bedenken. Die Effizienz des Gesamtsystems sei beim Roboterfisch durch die doppelte Nutzung der Flüssigkeit als Energiespeicher und Hydraulikflüssigkeit daher deutlich höher.

Insgesamt 200 Milliliter dieses künstlichen "Blutes" ermöglichten dem Roboter, mit etwa 1,5 Körperlängen pro Minute gegen eine leichte Strömung zu schwimmen. Das ist zwar nicht allzu schnell, doch die Ausdauer ist dafür umso beeindruckender: Die Schwimmbewegung soll der künstliche Fisch bis zu 36,7 Stunden lang durchhalten können. Und die Forscher versprechen, dass es sowohl beim mechanischen Design als auch bei der Konstruktion der Batterie noch viel Optimierungsspielraum gibt. (kbe)