(Links) Eine lebende Qualle und (rechts) ein Quallenroboter aus elektroaktivem Polymer-Kunstmuskel. Beide Quallen bewegen sich, indem sie die Glocke zusammenziehen, um eine pulsierende Bewegung zu erzeugen. Bild: Yeom und Oh.

(PhysOrg.com) - "Quallen sind eines der großartigsten Meerestiere, die einen spektakulären und psychedelischen Tanz im Wasser ausführen", erklären die Ingenieure Sung-Weon Yeom und Il-Kwon Oh von der Chonnam National University in der Republik Korea. Vor kurzem haben Yeom und Oh einen Quallenroboter gebaut, der die geschwungene Form und das einzigartige Bewegungsverhalten der lebenden Quallen nachahmt.

Dank der Fortschritte bei elektroaktiven Polymeren (EAP) gelang es den Forschern, dieses biomimetische Schwimmverhalten in einem Roboter zu erreichen. Eine spezielle Art von EAP, ionische Polymer-Metall-Verbundwerkstoffe (IMPC), kann verwendet werden, um Aktuatoren herzustellen, die sich wie biologische Muskeln verhalten und bei niedriger angelegter Spannung eine starke Biegung zeigen. Das Muskelmaterial hat für biomimetische Roboter mehrere Vorteile, wie z. B. Kompaktheit, hohe Leistungseffizienz, steuerbare Lenkung und geräuscharme Fortbewegung. In dieser Studie verwendeten die Forscher dieses Material und bogen es permanent, um die lebende Quallenglocke (das halbkugelförmige Oberteil) nachzuahmen.

"Dies ist der erste Quallenroboter, der auf dem elektroaktiven Polymer-Kunstmuskel basiert", sagte Oh gegenüber PhysOrg.com . "Sie könnten in naher Zukunft als Unterhaltungsroboter, Mikro- / Nanoroboter und biomedizinische Roboter eingesetzt werden."

Laut den Autoren können lebende Quallen einen Durchmesser von einigen Zentimetern bis zu sieben Fuß haben. Trotzdem verwenden alle Quallen einen ähnlichen, einfachen Schwimmmechanismus. Indem das Tier seine Glocke zusammenzieht, verkleinert es den Raum darunter und drückt Wasser durch eine untere Öffnung in der Nähe seines Mundes und seiner Tentakel heraus. Diese pulsierende Bewegung ermöglicht es den Quallen, ihre vertikale Bewegung teilweise zu steuern. Diese Fähigkeit ist wichtig, da Quallen lichtempfindlich sind und zu helleren Tageszeiten tieferes Wasser bevorzugen. Obwohl lebende Quallen sich vertikal bewegen können, sind sie für horizontale Bewegungen passiv von Meeresströmungen, Gezeiten und Wind abhängig.

Frühere Forschungen zur Fortbewegung lebender Quallen haben ergeben, dass weniger Energie für die Bewegung benötigt wird, wenn die Muskeln des Tieres die Glocke dazu zwingen, sich mit ihrer Resonanzfrequenz zusammenzuziehen. In ihrer Studie ahmten die Forscher die natürlichen Puls- und Erholungsprozesse der lebenden Quallen nach. Sie fanden heraus, dass das bioinspirierte periodische Eingangssignal es dem Quallenroboter ermöglicht, eine große Aufwärtsgeschwindigkeit zu erreichen. Im Vergleich dazu drücken harmonische Sinussignale den Roboter nicht nach oben.

Insgesamt hat ihre Studie gezeigt, dass die gekrümmte Form des IPMC-Aktuators verwendet werden kann, um einen Quallenroboter zu bauen, der die Fortbewegung lebender Quallen erfolgreich nachahmt. Oh fügte hinzu, dass er in Zukunft künstliche biomimetische Quallenroboter entwickeln will, die über selbstangetriebene Aktuatoren und Sensoren sowie ein automatisches Lenksystem verfügen.

Weitere Informationen: Sung-Weon Yeom und Il-Kwon Oh. „Ein biomimetischer Quallenroboter, der auf ionischen Polymer-Metall-Verbundaktoren basiert.“ Smart Mater. Struct. 18 (2009) 085002 (10 Seiten).

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