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BIONIK-INNOVATIONS-CENTRUM B-I-C – Abgeschlossene Forschungsprojekte

Alternative Antriebssysteme - Vortriebserzeugung

Fische haben im Laufe der Evolution sowohl effektive Antriebsmechanismen als auch Lokomotionsformen entwickelt, die, je nach Situation und Spezialisierung, zu hoher Manövrierbarkeit, starken Beschleunigungen oder ausdauernden Wanderungen befähigen. Die unterschiedlichen Antriebsstrategien und -mechanismen stehen dabei zunehmend im Fokus anwendungsorientierter Forschungsansätze. Ziel ist hierbei die Identifikation energiesparender Alternativen z.B. für den Antrieb autonomer Unterwasserfahrzeuge oder Exploratoren für sensitive Ökosysteme.

Zwar lassen sich die Bewegungsmuster von Fischen zwischenzeitlich relativ präzise nachführen. Allerdings erfordern diese technischen Systeme nach wie vor eine komplizierte Mechanik und aufwendige Steuerungssysteme. Um sowohl den Energieaufwand als auch die Störanfälligkeit solcher Antriebe zu reduzieren, muss der Aufwand für die aktive Bewegungssteuerung minimiert werden.

 

 

 

 

 

 

 

Bild 2:
Versuchsaufbau der Harvard University
zur Analyse der Antriebseigenschaften
der Schwanzflosse in Abhängigkeit
von Anströmgeschwindigkeit, Undulationswelle,
Werkstoffeigenschaften etc. (Quelle: Timo Gericke).


Bild 1a: Experimentalaufbau am Wasserkanal der HS Bremen, b: Schematische Darstellung der Messeinrichtung (Oszillator inkl. Widerstandswaage) sowie des daran fixierten Modells.

Bild 3: Graphische Interpretation des dreidimensionalen Wirbelnachlaufs bei der Forelle (links; v = 2 TL/s; Schlagfrequenz 3,6 Hz) bzw. beim Modell (rechts; Modell No I, v = 2 TL/s; Schlagfrequenz 3,5 Hz). Das Nachlaufmuster deckt sich in Näherung, zeigt aber noch Optimierungsbedarf.

Projektziele

Erste Resultate zeigen, dass passive Mechanismen der Fischlokomotion vielversprechende Ansätze für alternative Antriebssysteme bieten. Eine adäquate Applikation von Biegesteifigkeits-Gradienten in Kombination mit weiteren passiven Mechanismen, welche es noch am biologischen Vorbild zu untersuchen gilt, könnte in der technischen Umsetzung zu einem fischähnlichen Antrieb beitragen (Bild 3).

Dieser würde sich durch Einfachheit in der Konstruktion und der Ansteuerung und damit durch Robustheit sowie geringen Wartungsaufwand auszeichnen. Damit ließen sich die Einsatzmöglichkeiten und vor allem die Einsatzdauer von AUVs (Autonome Unterwasser-Vehikel) z.B. bei der Erforschung der Polar- und Tiefseeregionen enorm erweitern.

Projektleitung und Projektmitarbeiter
Prof. Dr. Antonia B. Kesel(Leitung), René Sonntag, Timo Gericke

Kooperationspartner
Museum of Comparative Zoology, Harvard University, Cambridge, USA

Veröffentlichungen

  • Sonntag, R.; Kesel, A.B. (2009): Alternative Antriebssysteme: Befunde zur Vortriebsgenerierung an Fischmodellen. In: "Bionik: Patente aus der Natur" (eds. Kesel A.B., Zehren D.), Bionik-Innovations-Centrum, Bremen, p. 341-346.
  • Gericke, T. (2009): Fish biorobotics: pectroral fin dynamics and fish biomimetics. Master-Thesis an der Hochschule Bremen, Studiengang "Bionik - Lokomotion in Fluiden" (unpubl.). .

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