Bionik Smarter Roboter-Manta spürt alte Munition auf

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Die Kriege des letzten Jahrhunderts hinterließen ihre Spuren auch im Meer – gefährliche Spuren! Berliner Forscher haben nun einen besonderen Roboter gebaut, der den explosiven Kriegsschrott findet.

Autonome Unterwasservehikel, kurz AUV genannt, gibt es schon länger. Unternehmen, die die zuverlässige Unterwasserkommunikation beherrschen und Experten für die Entwicklung bionischer, also von der Natur inspirierer, Systeme sind, machen es möglich. Dazu gehört etwa die Evologics GmbH. Die Spezialisten haben sich mit Blick auf das Problem mit der im Meer lagernden Kriegsmunition diesmal vom Mantarochen viel abgeschaut und einen Roboter sowohl optisch als auch anatomisch an die Meereswelt angepasst. Er könne den Job übernehmen, den sonst nur Taucher mit speziellen U-Booten erledigen konnten – speziell wenn es um am Meeresgrund schwer erreichbare, enge Stellen geht. Viel Arbeit machen etwa immer wieder die Areale, wo Offshore-Windparks entstehen sollen. Mit dabei ist das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) aus Berlin.

Warum ausgerechnet der Manta- oder Teufelsrochen?

Nun: Mit ihrer immensen Flossenspannweite von mehreren Metern gehören Mantas zu den größten Meeresbewohnern. Damit können diese Knorpelfische quasi große Flächen abdecken, wenn man so will. Wegen ihrer beweglichen Wirbel gelingen Wendungen außerdem in engen Kurven. Nicht zuletzt bieten sie dem Wasser wenig Widerstand. Bisher, räumen die Forscher ein, waren die Robotermantas aber noch nicht so smart, dass sie die gefährdeten Spezialtaucher ablösen konnten. Eine neuartiges System in Form des Teufelsrochens soll mit Sensoren dazu aber nun in der Lage sein.

Bionische Haut versorgt Sensoren mit Strom

Dahinter steckt das vom BMBF-geförderte Projekt Bionic Roboskin, im Rahmen dessen die künstlichen Mantas dann auch eine flexible bionische Sensorhaut erhalten werden, die es den Unterwassermobilen erlaubt, sich autonom in ihrem nassen Umfeld zurechtzufinden, wie die Forscher erklären. Die Sensorhaut besteht aus einem Textilverbund als Träger für die dafür nötigen Sensorelemente. Sie stellt außerdem feuchtigkeitsbeständige elektrische Verbindungen für Energieversorgung und Kommunikation der Sensoren bereit, wie man betont. Die Entwicklung der integrierbaren Sensoren liegt in der Hand des IZM. Das Manta-AUV könne später damit Berührungen und Annäherungen sowie die Exploration der Umgebung erkennen und analysieren. Die Haut ist feuchtigkeitsdurchlässig, was sie druckneutral mach, wie man erklärt.

Diese Textilhaut werde wie ein Strumpf über die „Flügel“ des Roboters gezogen, sodass sie im Stil der Soft Robotics empfindlich werden. Das IZMbaut quasi unterwasserfeste Sensorknoten auf, die die vom Manta gesammelten Daten vorverarbeiten. Diese Sensorknoten müssten nicht nur funktional, sondern auch extrem miniaturisiert sein, um direkt unter der dünnen Textilhaut angebracht und mit elektrischen Leitungen versehen werden zu können, wie die Experten klarstellen. Im laufenden Betrieb messen sie dann Größen, wie Beschleunigung, Druck und Feuchtedurchlässigkeit. Zusätzlich werden LEDs im Leiterplattendesign integriert. Mit diesen Lichtern kann der Roboter künftig unter Wasser mit Tauchern kommunizieren und beispielsweise durch Blinken wie ein Auto anzeigen, dass er in Kürze abbiegen wird.

Ein besonders technikschwangerer Wunderwinzling

Die genannten Komponenten und Sensorpackages wurden mithilfe einer stark miniaturisierten Einbettungsmethode integriert und sind durch robuste Modulgehäuse vor Kälte und Flüssigkeit geschützt. Mit den Maßen von 23 × 10,5 × 1,6 Millimetern (rund 386 Kubikmillimeter) gilt das Modul als sensorischer Wunderwinzling. Auf einer Dicke von deutlich unter 2 Millimetern sind ein komplettes Sensorpackage mit Mikrocontroller, Treiber und Beschleunigungssensor angebracht, merkt man begeistert an. Es übernimmt außerdem die Vorauswertung der Daten. Gleichzeitig dient das Gehäuse als Vermittler, indem es die mechanische und elektrische Kontaktierung zur Sensorhaut aufrecht erhält.

Bereits beim Designentwurf entschieden sich die Experten, wie es weiter heißt, für einen modularen, genauer gesagt, zweiteiligen Aufbau. Das Sensormodulgehäuse bildet die mechanische Schnittstelle zur Textilhaut und sorgt für die notwendige Robustheit des Gesamtaufbaus. Das Verbindungskonzept zwischen Modul und Gehäuse funktioniert nach dem Clip-Prinzip. Kleine Pins, die auf der Connector-Boardhälfte der Haut sitzen und winzige Schnapphaken auf dem Sensormodul greifen perfekt ineinander und schaffen dabei eine nicht zuletzt wieder lösbare Verbindung. Eine Neukonfiguration des Moduls ist deshalb leicht möglich.

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