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

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

BIO-INSPIRED UNDERWATER ROBOTIC SYSTEMS

Bio-inspirierte, strömungsoptimierte Hüllen für kompakte Unterwasser-Robotiksysteme

Bio-inspired Underwater Robotic Systems

Bio-inspirierte, strömungsoptimierte Hüllen für kompakte Unterwasser-Robotiksysteme

Gängige Unterwasser Robotik Systeme  werden beim Einsatz als ROV (Remote Operated Vehicle) in der Regel als offene
Bauweise ausgeführt, bei der die
Einzelkomponenten an einem Rahmen befestigt sind, der nicht strömungsgünstig konstruiert ist.

Forschungsschwerpunkt ist daher am B-I-C seit einigen Jahren die bio-inspirierte strömungsgünstige Optimierung von ROV-Hüllen. Es konnten eine Vielzahl von Anpassungen realisiert werden, die für den jeweiligen Einsatz von Vorteil sind. So konnten besonders lage- oder neigestabile, aber auch besonders wendige Modelle entwickelt werden. 

ROV-Hüllen in der Fertigung (Quelle: B-I-C) 

Teil 1: Referenz einfaches dreimotoriges ROV mit Vertikal-Thruster

Als technische Ausgangsbasis für dieses Entwicklungsprojekt wurde das OpenROV, ein mit 3 Thrustern ausgestattetes µROV, verwendet. Es misst 30 cm x 20 cm x 15 cm und wiegt 2.6 kg. Es ist mit LEDs und einer Kamera ausgestattet.

OpenROV war ein open-source Hardware Projekt einer großen DIY-Community, dass darauf abgezielt hat die Unterwasser-Forschung für alle Interessierten möglich zu machen.

Video eines Tauchgangs des OpenROVs während einer Exkursion des Internationalen Studiengangs Bionik (ISB) auf die Hochseeinsel Helgoland, wo auch meeresökologische Übungen durchgeführt werden (Modul 6.4)

CAD-Modell des OpenROVs, dessen strömungsmechanische Eigenschaften mit Hilfe von CFD berechnet und simuliert wurden. Anhand der Wirbelablösungen ist zu erkennen, dass die Form viel Widerstand erzeugt. 

FolgendeS Modell wurden -unter vielen anderen- in dem Masterstudiengang Bionik: Mobile Systeme entwickelt:

# Vorbild Schildkröte

widerstandsarme Fortbewegung – Manövrierfähigkeit

Vorbild Schildkröte, das daraus entwickelte Modell (unten) und das OpenROV (oben) in der PIV-Analyse und ein Video, dass die Entwicklung des „TurtleROV“ – basierend auf einer Masterarbeit von D. Appel aus dem Master Bionik: Mobile Systeme, die am B-I-C weiterentwickelt wurde, vorstellt (Quelle: B-I-C)

Teil 2: Referenz professionAl vectored Mini-ROV mit 6 Thrustern

Das ROV sibiu nano ist ein von dem spanischen Start-Up Nido Robotics entwickeltes Mini-ROV. Es ist von den Komponenten, Abmessungen und Gewicht ähnlich zu dem OpenROV, zeichnet sich aber durch eine offene Bauweise aus. Ursprünglich wurde es für den Einsatz bei Such- und Rettungsaktionen im Wasser entwickelt. Anwendungsgebiete sind u.a.  Forschung,  Hafeninspektionen und die  Überwachung von Aquakulturen oder auch thermalen Kraftwerken. 

ROV-Modell sibiu nano von Nido Robotics im Original und als 3D-gedrucktes Modell (links, in schwarz) wie es als Referenz zu den aktuellen Modellen verwendet wird. 

PIV-Analyse des sibiu nano im Wasserkanal. Die Wirbelstärke beträgt 1/s. Die Skala geht von -25 (blau) zu +25 (gelb). Deutlich zu erkennen sind die Wirbelablösungen an den beiden Hinterkanten des Modells (in gegensätzlicher Richtung). 

# Schildkröte & Schiffshalter

Florian mit 3 ROV-Modellen am Wasserkanal

Zurzeit werden verschiedene Hüllenvarianten (von links nach rechts: M1, M2, M3) für die Komponenten des sibiu nano entwickelt und ihr strömungsmechanisches Verhalten untersucht. Vorbild sind erneut die Schildkröte (siehe oben) und der Schiffshalter. Letzterer ist ein schlanker Fisch, der sich mit Hilfe einer Saugplatte, die sich aus dem Vorderteil der Rückenflosse gebildet hat, rücklings an größere Fische, z. B. Haie oder Meeressäuger, anheftet, um sich so mitnehmen zu lassen. Erste PIV-Aufnahmen (M3) zeigen die Vorteile der Neuanordnung der Komponenten und einer Ummantelung im Vergleich zur Referenz (siehe oben) (Quelle: B-I-C).