Virginia Tech: Neue bionische Methode zur reibungslosen Haftung Unterwasser

ForscherInnen der Virginia Tech haben den 3D-Druck genutzt, um Oktopus-inspirierte Klebesauger herzustellen. Diese könnten Unterwasser für eine bessere Handhabung von Objekten sorgen und so bei Projekten Unterwasser Abhilfe schaffen.

Kopffüßer, zu denen auch der Oktopus zählt, nutzen viele steuerbare Klebstoffe und eingebettete Sensoren, um an Objekten haften. Während heutige Manipulationssysteme auf synthetischen Klebstoffen basieren, sie keine eigene Sensorien besitzen und weiters auch von Menschenhand bedient werden müssen, liegt die Zukunft in der autonomen Bedienung dieser Systeme. Neben einer besseren Wirtschaftlichkeit, verfügen diese menschenbedienten Manipulationssysteme über keinerlei integrierte Sensorien, was zu einer relativ langsamen Aktivierung und Lösung und Haftung führen kann.

Deshalb hat nun ein ForscherInnen-Team der Virginia Tech ein eigenes von der Natur inspiriertes Nervensystem entwickelt, das durch seine eingebaute Sensorik auch Objekte erkennen kann, und bei Bedarf die Adhäsion automatisch aktiviert. Kombiniert man dieses System mit einer Klebehaut in einen tragbaren Handschuh, erlaubt es dem Menschen selbst eine zuverlässigere Handhabung von Objekten Unterwasser.

Die Natur als Vorbild

In trockenen Umgebungen können wir uns auf elektrostatische Kräfte, Wasserstoffbrückenbindungen und die Van-der-Waals-Kräfte verlassen, die für eine gute Adhäsion sorgen. Unterwasser sieht dies jedoch anders aus, da diese Phänomene im nassen Milieu erheblich an Wirksamkeit verlieren.

Blickt man jedoch in die Natur, sieht man andere effiziente Arten der Haftung, die so mancher Meeresbewohner für sich nutzt. Muscheln nutzen beispielsweise einen Klebstoff auf spezieller Proteinbasis, um an Oberflächen kleben zu bleiben.

Nach Ansicht der Wissenschaftler sind Kraken von besonderer Interesse, da die Adhäsion die sie nutzen vollständig reversibel ist. Zudem ist ihr sensorisches System auch darauf ausgelegt Entfernungen, Strömungen oder Druck zu erkennen. Diese Faktoren liefern den Kraken also Informationen, die bei modernen synthetischen Greifern nur schwer zu erlangen sind.

Ein vielseitig einsetzbares System

Das von der Virginia Tech entwickelte System wurde von den ForscherInnen schließlich in einen Handschuh mit einer Reihe von Silikonstielen eingebaut, wobei die Stielen mit pneumatisch betätigten Membranen versehen waren, und als Greifer dienten. Die Stiele wurden mittels 3D-Druckverfahren hergestellt, bzw. mit gedruckten Formen gegossen.

Natürlich benötigt es auch einiges an Sensorik für ein solches Vorhaben, weshalb die ForscherInnen sich für LIDAR-Sensoren (Microlight Detection and Ranging) in jedem einzelnen Saugnapf entschieden haben. Der zusätzlich eingebaute Mikrocontroller regelt die Objekterkennung und die Saugsteuerung.

Einige Tests später konnten die ForscherInnen die Haftkräfte mit mehr als 60 kPa beziffern und auch feststellen, dass sich die Adhäsion in weniger als 50 ms über 450 Mal ein- und ausschalten konnte, was nicht nur ein Erfolg in den Augen des Teams ist, sondern auch einen guten Ausgangspunkt für weitere Forschungen liefert.

Abschließend sagt das ForscherInnen-Team: “Obwohl sich diese Studie auf optische Sensoren konzentriert, könnten in Zukunft auch andere Sensormodalitäten verwendet werden. Chemische oder mechanische Sensoren könnten synergetisch eingesetzt werden, was besonders interessant sein könnte, da bekannt ist, dass der Krake während der Manipulation eine Reihe von optischen, chemischen und mechanischen Sensoren einsetzt. Es gibt auch zukünftige Möglichkeiten, haptisches Feedback in dieses System einzubauen, um den Benutzer zu warnen, wenn Klebstoffe aktiviert werden.”

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