Aktive Steifigkeitsverteilungssteuerung und ihre Anwendung in weichen Unterwasserrobotern

• Antragsteller: Dr. Florian Hartmann, seit 11/2024
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 498252575

Die wellenförmige Fortbewegung ist eine universelle Methode, die von Spermien (~ Mikrometer) wie auch von Walen (~ Meter) angewendet wird. Ihr großes Potential im Feld Roboteranwendungen reicht in den Bereichen Überwachung, Umweltsanierung bis hin zur biomechanischen Forschung. Bislang wurden viele wellenförmige Schwimmer vorgestellt. Diese künstlichen Schwimmer können jedoch kaum vergleichbare Leistungen wie ihre natürlichen Gegenstücke erbringen. Außerdem können natürliche Wellenformschwimmer ihre Körpersteifigkeitsverteilung adaptiv einzustellen, um sich den verschiedenen Strömungsbedingungen anzupassen. In Anbetracht dieser Herausforderung schlagen wir einen neuartigen, auf künstlichen Muskeln basierenden Mechanismus zur Abstimmung der Steifigkeitsverteilung für wellenförmige Roboter und eine begleitende CFD-basierte inverse Entwurfsmethodik für die angestrebte Steifigkeitsverteilung zur Erreichung der gewünschten Schwimmleistung vor. Die Design-Iteration mit Hilfe der Berechnungsgrundlage wird zu einem autonomen, wellenförmigen Fischroboter führen, der seine Körpersteifigkeitsverteilung mit verbesserter Schwimmleistung unter wechselnden Strömungsbedingungen intelligent anpassen kann. Des Weiteren kann die hier aufgezeigte Methodik auch bei der Entwicklung und Herstellung allgemeiner sehnengetriebener weicher Roboter wie einer Roboterhand, -greifer und -katheter helfen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2100: Soft Material Robotic Systems
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Xu Chu
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Wenqi Hu, bis 10/2024