Roboter fliegt wie ein Ahornsamen in der Luft, segelt autonom auf dem Wasser

Ingenieure der Singapore University of Technology and Design (SUTD) haben einen Roboter entwickelt, der von einer Drohne abgeworfen rotierend wie ein Ahornsamen zur Wasseroberfläche gleitet und im Wasser wie ein Segelboot funktioniert. Der Roboter „Albatross“ (Airborne Lander with Buoyant AuToROtating Sailing Sensor) kann autonom mithilfe von Windkraft segeln und dabei etwa Umweltdaten erfassen. Transformieren muss sich der Roboter dafür nicht, er verwendet im Flug und für das Segeln im Wasser den exakt gleichen Körper.

„Albatross“ ist bewusst einfach aufgebaut, wie aus der Studie „ALBATROSS: A bioinspired, aerially deployable, autonomous sailing sensor platform“ hervorgeht, die in Science Robotics erschienen ist. Er besteht im Wesentlichen aus einem rumpfartigen Körper, auf dessen einer Seite zwei tragflächenartige Segel angebracht sind und auf der Gegenseite ein Ausgleichsgewicht. In der Luft dienen die Segel als Tragflächen, das Gewicht stabilisiert die Rotation. Im Wasser dient das Gewicht als Kiel mit einer Kielbombe, damit der Roboter beim Segeln nicht umkippt.

„Albatross“ geht nach einem Abwurf aus einer Drohne aufgrund seiner Form und Gewichtsverteilung in eine Autorotation, bei der er sich wie ein Ahornsamen um die eigene Achse dreht. Der Flug wird dadurch stabiler und der Fall abgebremst. Sobald der Roboter auf dem Wasser auftrifft, richtet das Gegengewicht den Bootskörper so in Position, dass die beiden Segel, ein Hauptsegel und ein Frontsegel, aufrecht stehen. Ein Aktuator bewegt eine Ruderfahne, die den Roboter in den Wind dreht. Richtungsänderungen erfolgen mit einem Steuerruder unter Wasser. Das Frontsegel wird ebenfalls mit einem Aktuator verstellt, das Hauptsegel dreht sich frei, sodass insgesamt lediglich drei Aktuatoren eingesetzt werden. Das Boot segelt dann autonom eine vorab über Wegpunkte definierte Route ab.

Praxistests

Ausprobiert haben die Wissenschaftler das Robotersystem in Feldversuchen in Singapur, wie die SUTD in einer Pressemitteilung schreibt. „Albatross“ wurde dabei aus einer Höhe von 150 Metern abgeworfen, ging dann in Autorotation über und landete schließlich auf einem Stausee. Ohne Autorotation und eine Minderung der Fallgeschwindigkeit wäre die Aufprallenergie etwa 18,5-mal höher gewesen, heißt es von den Forschern. Der Roboter richtete sich kurz nach dem Aufprall selbstständig auf und begann die vorgegebenen Wegpunkte über GPS anzufahren. Dabei erreichte er eine Spitzengeschwindigkeit von etwa einem Kilometer pro Stunde. Innerhalb des Testzeitraums von drei Stunden sammelte er Daten wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Windrichtung.

Bei „Albatross“ handelt es sich bisher lediglich um eine Machbarkeitsstudie. Der Roboter ist noch nicht für den Einsatz bei Missionen zur Umweltüberwachung, Klimaforschung, bei Such- und Rettungseinsätzen sowie zur Überwachung maritimer Sicherheit geeignet. Die Wissenschaftler arbeiten aber daran, das System in künftigen Versionen fit für solche Einsätze zu machen. Dazu gehört etwa, den Roboter robuster zu bauen sowie die Energiespeichersysteme und die Zuladung zu optimieren. Auch ist angedacht, die Anzahl und Art der Sensoren zu erweitern – etwa um Unterwassersensoren und Sonar.