Zusammenfassung:
Ein Forschungsteam an der Singapore University of Technology and Design (SUTD) hat eine neue bionische Roboterplattform namens ALBATROSS entwickelt. Sein Designkonzept lässt sich wie folgt zusammenfassen: „Fallen wie Ahornsamen und segeln wie ein Segelboot.“ Das System soll das Problem der Langzeitüberwachung in abgelegenen Gewässern weit entfernt von der Küste lösen. Es wird erwartet, dass es in Zukunft noch mehrere Wochen auf See arbeiten wird und eine kostengünstige, hocheffiziente Lösung für die Umweltüberwachung bietet.
ALBATROSS steht für „Airborne Lander with Buoyant AuToROtating Sailing Sensor“. Die Forscher hoffen, die Vorteile des schnellen Einsatzes von Luftfahrtplattformen mit der langen Lebensdauer von Schiffsnavigationsgeräten zu kombinieren, sodass der Roboter direkt vom Flugzeug in das Zielseegebiet abgesetzt werden kann, seine Fluglage nach einem Sturz ins Wasser automatisch anpasst und Windkraft nutzt, um autonom zu segeln.
Lange Zeit stand die Überwachung der Meeresumwelt vor einem Dilemma. Obwohl herkömmliche Schiffe längere Zeit im Missionsgebiet bleiben und Daten sammeln können, dauert es oft lange, bis sie den Zielort erreichen; Während Flugzeuge den vorgesehenen Bereich schnell erreichen können, können sie nicht kontinuierlich dort bleiben, um Überwachungsaufgaben durchzuführen. Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass ALBATROSS die Vorteile beider vereint und schnell eingesetzt werden kann und lange vor Ort bleiben kann.
In tatsächlichen Einsatzszenarien transportieren Flugzeuge ALBATROSS zum Zielseegebiet und führen Luftabwürfe durch. Der Roboter ist mit zwei starren Flügelsegeln ausgestattet. Diese Flügelsegel verlangsamen nicht nur die Sinkgeschwindigkeit, sondern dienen auch als Energiequelle für das Segelboot nach dem Sturz ins Wasser, sodass keine zusätzlichen Fallschirme oder speziellen Fahrwerke erforderlich sind.
Während des Sinkvorgangs drehen sich die Flügelsegel passiv wie Ahornsamen und erzeugen durch Rotation einen stabilisierenden Effekt, verlangsamen die Fallgeschwindigkeit und behalten eine stabile Fluglage bei. Wenn die Plattform das Wasser berührt, hilft ihr spezielles Gewichtsverteilungsdesign dem Roboter, automatisch seine korrekte Haltung wiederherzustellen. Dann begannen die beiden Flügelsegel, die Windenergie zu nutzen, um die Plattform nach vorne zu treiben, während die Ruderfläche, die einer Fischschwanzstruktur nachempfunden war, für die Steuerung des Kurses verantwortlich war.
Das Forschungsteam stellte fest, dass das Designkonzept von ALBATROSS nicht darin besteht, gegen die natürliche Umwelt zu kämpfen, sondern die natürlichen Kräfte voll auszunutzen, um Aufgaben zu erfüllen. Der Roboter verlässt sich auf die passive Rotation, um eine sichere Landung durchzuführen, realisiert die automatische Aufrichtung durch die Schwerpunktkonstruktion und nutzt dann die Windkraft, um eine kontinuierliche Bewegung zu erreichen. Die Forscher gehen davon aus, dass diese relativ einfache mechanische Struktur die Kosten erheblich senken und den Einsatz in großem Maßstab in Bereichen fördern wird, die mit herkömmlichen Methoden schwer zu erreichen sind.
Nach Eintritt in den Reiseflugzustand kann sich ALBATROSS autonom zwischen mehreren voreingestellten Wegpunkten bewegen und ist dabei nur auf drei Aktuatoren und drei Navigationssensoren angewiesen. Um den Designeffekt zu überprüfen, ließ das Forschungsteam den Prototyp einmal aus einer Höhe von 150 Metern frei. Die Testergebnisse zeigten, dass der Roboter während des Abstiegs stabil blieb, mit geringer Aufprallkraft ins Wasser eindrang und autonome Aufricht- und Navigationsaufgaben erfolgreich abschloss. Forscher schätzen, dass ohne das Rotationsverzögerungssystem die Aufprallenergie, die eine ähnliche Plattform erfährt, wenn sie ins Wasser fällt, um etwa das 18,5-fache ansteigt.
Bei Feldtests am Singapore Reservoir erreichte der größere ALBATROS-Prototyp eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 1 km pro Stunde und war etwa drei Stunden lang ununterbrochen im Einsatz. In diesem Zeitraum erfassten luftgestützte Sensoren erfolgreich Umweltdaten wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Windrichtung.
Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass diese Plattform in Zukunft in Bereichen wie Umweltüberwachung, Klimawandelforschung, Such- und Rettungseinsätzen und maritimer Sicherheit umfassend eingesetzt werden kann. Da der Antrieb hauptsächlich auf Windenergie beruht, wird erwartet, dass sich die Missionsdurchführungszeit erheblich verlängert und gleichzeitig der Energieverbrauch sinkt.
Allerdings wird ALBATROSS derzeit noch hauptsächlich in einer kontrollierten Umgebung getestet und hat noch nicht den strengen Test im echten offenen Meer durchlaufen. Die Forscher sagten, dass sich die nächste Arbeitsphase auf die Förderung des Übergangs der Plattform zu tatsächlichen Anwendungen in der Meeresumwelt konzentrieren wird, einschließlich der Verbesserung der strukturellen Festigkeit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit unter rauen Seebedingungen.
Zukünftige Versionen von ALBATROSS sollen außerdem mit umfangreicherer Sensorausrüstung ausgestattet werden, darunter Unterwassersensoren, Sonarsysteme und Energiespeichergeräte mit größerer Kapazität, um komplexere und langfristigere Meeresbeobachtungsaufgaben durchführen zu können.
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