Die Forscher arbeiten an einem universitätsübergreifenden landesweiten Projekt für die US-Marine, das eines Tages lebensechte autonome Roboterquallen in Gewässern auf der ganzen Welt ansiedeln wird. Schaut euch unbedingt das coole Video an!
Das Hauptaugenmerk des Programms liegt auf dem Verständnis der Grundlagen der von der Natur genutzten Antriebsmechanismen, sagte Shashank Priya, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Materialwissenschaften und -technik an der Virginia Tech und leitender Forscher des Projekts. Zukünftige Verwendungszwecke der Roboterquallen könnten die Durchführung einer militärischen Überwachung, die Reinigung von Ölverschmutzungen und die Überwachung der Umwelt umfassen.
Dies ist keine Science-Fiction. Es geschieht jetzt in einem Labor in der Durham Hall von Virginia Tech, wo ein 600-Gallonen-Tank regelmäßig mit Wasser gefüllt wird, während kleine Roboterquallen auf Bewegung und Energie getestet werden. Eine synthetische gummiartige Haut, die in der Hand matschig ist, imitiert die glatte Quallenhaut und wird über ein schalenförmiges Gerät gelegt, das mit Elektronik bedeckt ist. Wenn sie sich bewegen, sehen sie seltsam lebendig aus.
Die Roboter-Kreaturen werden RoboJelly genannt und sind so konzipiert, dass sie mit ihrer eigenen Energie im Vergleich zu beispielsweise Seekrabben oder Weichtieren arbeiten.
"Quallen sind attraktive Kandidaten für die Nachahmung, da sie aufgrund einer geringeren Stoffwechselrate als andere Meeresspezies, Überlebensfähigkeit bei unterschiedlichen Wasserbedingungen und einer für das Tragen einer Nutzlast geeigneten Form wenig Energie verbrauchen können", sagte Priya. „Sie bewohnen alle wichtigen ozeanischen Gebiete der Welt und sind in der Lage, einem breiten Temperaturbereich sowie in Süß- und Salzwasser standzuhalten. Die meisten Arten kommen in flachen Küstengewässern vor, einige wurden jedoch in Tiefen von 7.000 Metern unter dem Meeresspiegel gefunden. “
Mitglieder des Studententeams des National Science Foundation Center für Energiegewinnungsmaterialien und -systeme (CEHMS) von Virginia Tech testen in der War Memorial Hall einen 5 Fuß breiten, quallenähnlichen Roboter unter Wasser.
Verschiedene Größen des RoboJelly befinden sich in verschiedenen Entwicklungsphasen, einige sind so groß wie die Hand eines Mannes, während andere mehr als zwei Meter breit sind.Die letztere Roboterkreatur ist zu groß für den Labortank und wird in einem Schwimmbad getestet. Sie ist noch nicht für ein breites öffentliches Debüt bereit, sagte Priya, Direktor des Zentrums für Energiegewinnungsmaterialien und -systeme.
Priya fügte hinzu, dass Quallen nicht nur eine Reihe von Größen aufweisen, sondern auch eine Vielzahl von Formen und Farben aufweisen und sich vertikal selbstständig bewegen können, sondern für die horizontale Bewegung von Meeresströmungen abhängen. Ohne Zentralnervensystem verwenden Quallen stattdessen ein diffuses Nervennetz, um die Bewegung zu steuern und komplexe Funktionen zu vervollständigen. „Bisher haben wir uns darauf konzentriert, anhand der Versuchsmodelle die Grundprinzipien der Natur zu verstehen“, sagte Priya über die Quallen.
Die Idee für eine Roboterqualle stammt nicht von Virginia Tech, sondern vom US Naval Undersea Warfare Center und dem Office of Naval Research. Virginia Tech arbeitet mit vier US-amerikanischen Universitäten an dem mehrjährigen 5-Millionen-Dollar-Projekt: Die University of Texas in Dallas befasst sich mit Aktoren und Sensoren auf Nanotechnologiebasis; Das Providence College in Rhode Island befasst sich mit biologischen Studien, die University of California in Los Angeles mit elektrostatischer und optischer Sensorik / Kontrolle und die Stanford University mit chemischer Sensorik und Drucksensorik. Virginia Tech baut die Quallenkörpermodelle, integriert die Strömungsmechanik und entwickelt Steuersysteme. An dem Projekt sind auch mehrere andere große US-amerikanische Universitäten und Industrien sowie Mitarbeiter und Beiräte beteiligt.
Das Projekt ist seit fast vier Jahren in Arbeit und hat in den Medien von der Los Angeles Times über Popular Science bis hin zu New Scientist und mehreren maritimen Fachpublikationen viel Aufmerksamkeit erregt. Es verbleiben noch einige Jahre an dem Projekt, bevor Modelle für militärische Aufklärungs- oder Objektverfolgungsoperationen freigegeben werden, sei es mit Kameras, Sensoren oder anderen Geräten.
Andere unternehmerische Zwecke sind für den RoboJelly im Überfluss vorhanden. „Die Roboter könnten verwendet werden, um das Leben im Wasser zu untersuchen, den Meeresboden zu kartieren, Meeresströmungen zu überwachen, die Wasserqualität zu überwachen und Haie zu überwachen“, sagte Alex Villanueva aus St-Jacques, New-Brunswick, Kanada, ein Doktorand im Maschinenbau, der bei Priya arbeitet . Weitere Ideen: Erkennen von ozeanischen Schadstoffen, um sie möglicherweise während einer anderen Ölverschmutzung zu entfernen, die dem Deepwater Horizon-Nahkampf im Sommer 2010 im Golf von Mexiko ähnelt.
„Der interessante Teil der Quallenforschung ist, dass sie so offen ist. Niemand hatte in dem Maße, wie wir es haben, an einem Quallenfahrzeug geforscht. Dies ermöglicht eine Menge Freiheit und Kreativität in unserem Design im Gegensatz zu Optimierungsarbeiten, die sehr langweilig sein können “, sagte Villanueva.
Die kleineren Modelle werden entwickelt, um mit Wasserstoff betrieben zu werden, der von Natur aus reichlich im Wasser vorhanden ist. Die größeren Modelle können mit elektrischen Batterien betrieben werden, die in den Roboter eingebaut sind. In beiden Fällen muss die Qualle monatelang oder länger für sich alleine arbeiten können, da die Ingenieure die Roboter wahrscheinlich nicht erfassen und reparieren oder die Stromquellen nicht ersetzen können, sagte Priya.
"Unsere Biologen haben Dutzende verschiedener Arten von Quallen mit verschiedenen Formfaktoren untersucht, die weltweit als" prolate "oder" oblate "bezeichnet werden", so Priya. „Die meisten dieser Arten treiben entweder Rudern oder Spritzen an. Wir untersuchen beide Antriebsmechanismen. “
Der Bau der Roboterquallen sei ein wahres Beispiel für interdisziplinäre Forschungstätigkeiten, so Priya, der Materialwissenschaftler, Maschinenbauingenieure, Biologen, Chemiker, Physiker, Elektroingenieure und Ozeaningenieure in das laufende Projekt einbezog.
"Es ist sehr aufregend, wenn alles zusammenkommt und wir experimentelle Modelle entwickeln können, die über Millionen von Jahren der Evolution hinausgehen", sagte er. „Die Natur hat großartige Arbeit bei der Entwicklung von Antriebssystemen geleistet, aber es ist ein langsamer und langwieriger Prozess. Andererseits ermöglicht uns der aktuelle Stand der Technik, in wenigen Monaten Hochleistungssysteme zu entwickeln. “
Via Virginia Tech