US-Studierende wollen eine 3D-gedruckte Unterwasserdrohne in die Arktis bringen

Studierende der Organisation Yonder Deep an der UC San Diego arbeiten an der Entwicklung eines kostengünstigen, modularen und vollständig autonomen Unterwasserfahrzeugs (AUV), mit dem Forscher kostengünstig ozeanographische und klimatische Daten sammeln können.

Das Ziel von Yonder Deep ist es, ein torpedoähnliches AUV zu entwickeln, das eine ganze Reihe von Sensoren – Temperatur, Druck, Hydrophone – beherbergt, die so vielseitig sind, dass sie sowohl in den eisigen Gewässern der Arktis als auch in den aufgewühlten Küstengewässern von Südkalifornien eingesetzt werden können.

Eine der ersten Missionen, an deren Quantifizierung das Studierendententeam arbeitet, ist die Gletscherschmelze und der daraus resultierende Anstieg des Meeresspiegels. Es gibt bereits Instrumente für die Arktisforschung, die mit fortschrittlichen Sensoren die Geschwindigkeit des Gletscherschmelzens messen, doch ist es aufgrund der gefährlichen Natur der Gletscherforschung schwierig, diese in die Nähe der Gletscherspitzen zu bringen. AUVs sind eine großartige Lösung für dieses Problem, aber sie können teuer sein, denn AUVs der Einstiegsklasse kosten oft mehr als 300.000 Dollar. Das Yonder Deep-Team erkannte diese massive Einstiegshürde in die ozeanografische Forschung und versuchte, sie zu überwinden. In den letzten fünf Jahren hat das Team unter der Leitung des Ozeanographen Grant Deane, einem Forscher im Marine Physical Lab der Scripps Institution of Oceanography an der UC San Diego, ein kostengünstiges AUV mit Hilfe des 3D-Drucks entwickelt.

Deane forscht auf dem Gebiet der Hydroakustik. Das AUV, das die Studierenden entwickeln, verwendet Hydrophone, um die Geschwindigkeit der Eisschmelze zu messen. Wenn das Eis schmilzt, wird Luft im Eis eingeschlossen und Blasen entweichen, die ein knisterndes Geräusch erzeugen. Indem man die Häufigkeit dieser Geräusche überwacht, kann man feststellen, wie schnell das Eis schmilzt. Die Entwicklung des AUV für die Datenerfassung ist der Punkt, an dem das AUV von Yonder Deep ins Spiel kommt.

Die Leiter von Yonder Deep und die Maschinenbaustudenten Daniel Ju und Satchel Birch sagten, dass die Entwicklung ihres AUVs, das dieser eisigen Umgebung standhalten soll, einige Herausforderungen mit sich bringt, von denen eine der Betrieb unter den extrem kalten Bedingungen der Arktis ist. Das Team musste berücksichtigen, wie die Wasseraufnahme des porösen Materials das Gewicht und den Auftrieb des Objekts beeinflussen würde. Das Team musste auch die Haltbarkeit, das Verhalten und die Geometrie des 3D-gedruckten Materials untersuchen und feststellen, ob es diesen harten Bedingungen standhalten würde.

Abgesehen von dem Ziel, ein erschwingliches und vielseitiges Forschungs-AUV zu schaffen, hat das Team noch weitere Ziele, nämlich seine technischen Fähigkeiten für einen guten Zweck einzusetzen.

“Als Ingenieure ist es auch wichtig, darüber nachzudenken, wie wir unsere einzigartigen Fähigkeiten einsetzen können, um ein Problem zu lösen, das normalerweise als soziales Problem betrachtet wird”, sagte Daniel Ju, ein Maschinenbaustudent, ehemaliger Präsident und jetzt technischer Berater und mechanischer Architekt bei Yonder Deep. “Der Klimawandel ist ein unglaublich drängendes globales Problem, und dieses Projekt bietet den Studierenden die Möglichkeit, einen großen Einfluss auf die Welt zu nehmen und gleichzeitig wichtige technische Fähigkeiten zu entwickeln.”

“Die Möglichkeit, den Klimawandel zu erforschen, aber auch daran zu arbeiten, den Zugang zu qualitativ hochwertiger ozeanographischer Forschung für die Zukunft zu verbessern, macht unsere Mission so aufregend”, sagt Satchel Birch, ein Maschinenbaustudent und derzeitiger Präsident von Yonder Deep. “Darüber hinaus ist es eine großartige Gelegenheit, gemeinsam zu lernen und zu lehren, wenn man dies in einem Team von Studierenden tut. Eine meiner besten Erinnerungen ist, dass ich diese Auftriebsberechnungen durchgeführt und gesehen habe, wie sie als Team während der Salzwasser-Pooltests in Scripps gearbeitet haben.”

Auch die Art der Arbeit von Yonder Deep ist beispiellos.

“3D-Druck wird normalerweise für die Herstellung von Prototypen verwendet, aber unsere einzigartigen Designs und Prozesse ermöglichen den Einsatz von mehr additiver Fertigung, was der Hauptgrund dafür ist, dass die Strategie von Yonder Deep so vielseitig und erschwinglich ist”, so Ju.

Anstatt konventionelle Herstellungsmethoden zu verwenden, sagt Ju, dass die Entscheidung für den 3D-Druck “den Spaß an diesem Projekt ausmacht, weil niemand zuvor diese Art von Arbeit in diesem Umfang durchgeführt hat.”

Das Yonder Deep-Team arbeitet derzeit an seinem vierten Prototyp in Originalgröße und geht davon aus, dass sein aktuelles AUV bis zum Ende des Sommers 2023 für intensive Tests bereit sein wird. Wenn das Team seine Testziele bis dahin erreichen kann, plant Deane, sein AUV für seine bevorstehende Forschungsreise in die Arktis einzusetzen.

“Das Yonder Deep-Team stößt an die Grenzen von kostengünstigen, hochwertigen Meeresplattformen für die Forschung in risikoreichen Polarregionen vor”, so Deane. “Diese Art von Arbeit ist entscheidend für das Verständnis des Meeresspiegelanstiegs und die Entwicklung von Systemen zur Überwachung des grönländischen Eisschilds. Es ist spannend, mit diesem dynamischen, motivierten und talentierten Team von Ingenieuren zusammenzuarbeiten, um diese Ziele zu erreichen.”

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