Roboclam-Grabmaschine So Schnell Wie Natürliche Burrowers

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Ein roboter, der schnell und tief in nassen sand graben kann, wurde von atlantischen klingenmuscheln inspiriert.

Ein Roboter, der schnell und tief in Schlamm oder nassen Sand graben kann, könnte eines Tages helfen, Unterwasserkabel zu verlegen, Unterwasserminen zu graben und zu zünden oder Maschinen am Meeresboden zu verankern, sagen Forscher.

Die Roboter-Grabmaschine namens RoboClam nimmt Hinweise auf die reichhaltigen Grabtechniken der atlantischen Rasierklingenmuschel (Ensis directus), eine Spezies großer Molluske, die entlang der Atlantikküste Nordamerikas gefunden wurde. Durch die Nachahmung, wie diese Muscheln durch schlammigen Boden in ihren Küstenlebensräumen graben, entwickelten die Forscher eine Maschine, die schließlich bei einer Vielzahl von Unterwasseraufgaben helfen könnte.

"Als wir mit dem Projekt begannen, suchten wir nach einem Mittel, um kleine, leichte und stromsparende Systeme für den Boden zu schaffen", sagte Amos Winter, Professor für Maschinenbau am MIT. "Wir dachten, es gibt wahrscheinlich ein Tier, das herausgefunden hat, wie man das gut macht. Klingenmuscheln ragen heraus, weil sie sich mit der Energie einer AA-Batterie durch mehr als einen Kilometer Boden bewegen können." [Siehe Video des RoboClam]

Die Natur ist am besten

Atlantic Muscheln graben, indem sie ihre Muscheln schnell öffnen und schließen, erklärte Winter. Diese schnelle Bewegung saugt Wasser an, wodurch sich um den Körper der Muschel eine Tasche aus flüssigem, sandsandartigem Material bildet. Diese wässrige Mischung verringert den Luftwiderstand und hilft der Muschel, sich durch den nassen Sand nach unten zu bewegen.

"Die Schlüsselbewegung ist, wenn die Muschel ihre Hülle wie ein Buch schließt. Wenn dies geschieht, entlastet sie die Muschel, die auf den Boden drückt", sagte Winter gegenüber WordsSideKick.com. "Wenn die Muschel ihre Hülle schließt, macht es die verflüssigte Region um den Körper viel einfacher, sich durch diesen Bereich zu bewegen als durch den umgebenden, statischen Boden."

Winter und seine Kollegen haben mit einem funktionierenden Prototyp des RoboClam experimentiert. Die Forscher haben mehr als 300 Tests der Grabmaschine in ihrem Labor und in der natürlichen Umgebung der Klingenmuschel im Watt vor der Küste von Gloucester, Massachusetts, durchgeführt.

Die Ingenieure fanden heraus, dass der RoboClam ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit graben kann wie echte Rasierklingen, die durchschnittlich etwa 1 cm pro Sekunde betragen.

In Versuchen hat sich der RoboClam auf eine maximale Tiefe von fast 20 cm (8 Zoll) eingegraben. Die echten Venusmuscheln können bis zu einer Tiefe von etwa 70 cm graben, aber der derzeitige Roboterprototyp ist in seiner Reichweite begrenzt, da die Motoren über der Wasseroberfläche sitzen, sagte Winter.

Den Sweet Spot finden

Winter sagte, er sei "angenehm überrascht", dass der RoboClam genauso effizient arbeiten könne wie die Kreaturen, die ihn inspirierten. Bei der Feinabstimmung der Maschine ging es darum, die perfekte Geschwindigkeit zu ermitteln, mit der die "Schalen" des Roboterbaggers geöffnet und geschlossen werden können, sagte er. Wenn sich die Schalen zu schnell bewegten, vermischten sich Wasser und Sand nicht in der richtigen Flüssigkeitskonsistenz. Wenn sich die Muscheln zu langsam bewegen, bricht mehr Sand um den Körper der Muschel ein, als sie verarbeiten kann, was das Graben schwierig macht.

"Zwischen dieser maximalen und minimalen Zeit gibt es einen Sweet Spot", sagte Winter.

Die Forscher experimentieren immer noch mit dem RoboClam und planen, einen weiteren Prototyp zu bauen, der als Konzeptnachweis für ein Produkt dienen könnte, das innerhalb von zwei bis fünf Jahren auf den Markt kommen könnte, sagte Winter.

Die Forscher arbeiten bereits eng mit Bluefin Robotics zusammen, einem in Massachusetts ansässigen Unternehmen, das Roboter-Unterwasserfahrzeuge für Verteidigungs-, kommerzielle und wissenschaftliche Zwecke herstellt und betreibt. Der RoboClam könnte die Fahrzeuge von Bluefin Robotics verankern, wenn sie in einer Strömung stationär bleiben müssen, sagte Winter.

"Andere Anwendungen umfassen die allgemeine Verankerung sogar in Booten", fügte er hinzu. "Wir könnten den RoboClam auch dazu verwenden, Unterwasserkabel zu verlegen, Unterwasserminen zu sprengen oder Sensoren im Meer zu installieren."

Die Forschung wurde heute (8. April) online in der Zeitschrift Bioinspiration & Biomimetics veröffentlicht.

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