BIONIK-INNOVATIONS-CENTRUM (B-I-C)

BIONIK-INNOVATIONS-CENTRUM
(B-I-C)

Lokomotion der Tiere

Tiere schaffen es – angepasst und energieeffizient – sich in einer Vielzahl von Habitaten aus eigener Kraft fortzubewegen. Dies tun sie meist mit einer Eleganz und der Flexibilität, die vielen autonomen Robotersystemen fehlt. Formen der Fortbewegung sind beispielsweise Laufen, Gehen, Klettern, Hangeln, Kriechen, Krabbeln, Schwimmen und Fliegen. Hierbei müssen die „Kosten“, d.h. der Energieverbrauch, so gering wie möglich gehalten werden. Entsprechend findet sich eine Vielzahl von Organismen, die z.B. in Form, Oberflächenbeschaffenheit und / oder Antriebsmechanismus über Jahrmillionen auf einen niedrigen Energieverbrauch optimiert wurden. Diese gilt es zu entschlüsseln und – wo möglich – in eine technische Anwendung zu überführen. Denn gerade der steigende Transportbedarf von Waren oder Passagieren trägt heutzutage zu einem nicht unerheblichen Maße am weltweiten Verbrauch von fossilen Brennstoffen und den damit verbundenen ökologischen wie ökonomischen Belastungen bei.

# Kompetenzen

Im Bereich Lokomotion wird und wurde viel am B-I-C geforscht, was sich schon an dem Masterstudiengang Bionik: Mobile Systeme ergibt. 

Im Medium Luft wurde z.B. die Aerodynamik des Schlagflugs der Vögel als Vorbild für MAVs (Micro Air Vehicles) untersucht. Fokus war hier insbesondere die Kontrolle von instationären Strömungseffekten. Auch die Libelle, die sich sowohl im Schlag- als auch im Gleitflug fortzubewegt, diente als Vorbild. Ihre Flügel zeichnen sich nicht nur durch eine effiziente Leichtbauweise aus, sondern verfügen außerdem über markante Strukturen an den Hinterkanten, die günstige Effekte auf die Auftriebs-Widerstand-Leistung haben und sich so als Inspiration für das Tragflächen-Tuning eignen. 

Stromlinien und Druckfelder (dimensionslos) der Umströmung eines Libellenprofils und einer ebenen Platte (α = 20°) und Foto einer Libelle (Sympetrum sanguineum). Der Vergleich der Druckfelder deutet darauf hin, dass dieser im Vergleich zur Platte zu einem höheren Auftriebsbeiwert von ca. 5% beiträgt (Quelle: B-I-C). 

Im Medium Wasser werden zurzeit u.a. alternative Antriebssysteme erprobt. Herkömmliche Schiffsschrauben wirbeln das Wasser und bei bodennahen Fahrten das Substrat auf, was zu einer eingeschränkten Sicht führt, die gerade bei AUVs (Autonomous Underwater Vehicles) unerwünscht ist. Vorbild ist die Fischflosse, deren Materialeigenschaften wie auch Bewegung untersucht und technisch umgesetzt wird. Weiterer aktueller Schwerpunkt ist die Formoptimierung von ROVs (Remote Operated Vehicles) nach auf ihre jeweiligen Bedürfnisse und Umgebungen angepasste Vorbilder. So konnten sowohl sehr wendige ROVs als auch sehr schnelle und effiziente ROVs für unterschiedliche Einsatzbereiche entwickelt werden. Durch Abschlussarbeiten und Projekte haben Studierende die Möglichkeit, die aktuelle Forschung voran zu treiben und zu unterstützen. Auch andersherum können studentische Arbeiten zu Forschungsprojekten werden, wie z.B. bei der Idee die des TurtleROVs.

Darstellung der Wirbelstraße mittels PIV (Particle Image Velocimetry) der Schlagflosse eines Fisches und eines ROVs mit zwei Propellern bzw. als Anpassung mit zwei Flappern als Antrieb. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Fisch am wenigsten und der Propellerantrieb am meisten Verwirbelungen erzeugt (je nach Richtung in Rot oder Blau dargestellt). 

Aktuell werden im ROV-Projekt Hüllen (orange Modelle) für die Optimierung des sibiu nano von Nido Nobotics (hier als Modell in schwarz) entwickelt und ihr strömungsmechanisches Verhalten im Wasserkanal getestet (schwarzes Modell während einer PIV-Aufnahme).

Im Lauflabor werden biologische Vorbilder als auch optimierte oder selbst-entwickelte Roboter für die Bewegung am Boden getestet. Hier stehen bisher das mehrbeinige Fortbewegen nach Vorbild der Schaben oder der Spinnen im Fokus.