Abstrakt

Autarke Unterwasserfahrzeuge sind zu anpassungsfähigen Geräten zur Erforschung der Ozeane geworden

 Sam Davidson

 Sie können jedoch klimatisch problematisch sein oder Schwierigkeiten haben, durch enge Räume zu navigieren. Universitätsforscher untersuchen eine Alternative, hochflexible, kostengünstige Unterwasser-Leichtflugzeuge, die leise arbeiten. Komponenten und Sensoren des Leichtflugzeugs können zudem von einer Vielzahl von Missionsdetails problemlos ausgetauscht oder hinzugefügt werden. „Unser Ziel ist der Dauerbetrieb tragbarer Roboter unter Testbedingungen“, sagte Nina Mahmoudian, stellvertretende Professorin für Maschinenbau. „Die meisten Unterwasserroboter haben eine begrenzte Akkulaufzeit und sollten nach nur wenigen Stunden wieder einsatzbereit sein. Bei Langzeitaufgaben kann ein Unterwasser-Leichtflugzeug mehrere Wochen oder Monate zwischen den Ladevorgängen auskommen, könnte jedoch von längeren Einsatzmöglichkeiten in Gebieten mit hohem Risiko profitieren.“ Ein Unterwasser-Leichtflugzeug unterscheidet sich von anderen Meeresrobotern dadurch, dass es keinen Propeller oder dynamisches Antriebssystem hat. Es nutzt seine eigene Leichtigkeit, um abzusinken und aufzusteigen und sich vorwärtszubewegen. Obwohl dieser ganzheitliche Ansatz sehr energieeffiziente Fahrzeuge ermöglicht, bringt er einige Probleme mit sich: Die Fahrzeuge sind teuer, preiswert und nicht mobil, insbesondere in seichtem Wasser. Mahmoudian hat ein wendiges Fahrzeug namens ROUGHIE (Research Oriented Underwater Glider for Hands on Investigative Engineering) entwickelt. ROUGHIE ist wie ein Torpedo geformt, etwa 1,20 Meter lang und weist außer einem statischen Heckflügel keine äußeren Antriebs- oder Steuerflächen auf. Wenn ROUGHIE vom Ufer oder von einem Boot aus gestartet wird, pumpt es Wasser in seine Ausgleichstanks, um sein Gewicht zu verändern und einen Startpunkt für die Gleitbewegung zu schaffen. Um seine Neigung zu steuern, verlagert die Batterie des Fahrzeugs unauffällig ihr Gewicht vorwärts und rückwärts und fungiert so als ihr eigenes Steuersystem. Zur Lenkung ist die gesamte Anordnung der Innenkomponenten auf einer schwenkbaren Schiene montiert, die die Neigung des Fahrzeugs effektiv kontrolliert. Das Design ist isoliert und für eine Vielzahl von Anwendungen vielseitig einsetzbar. „Dies ist eine wirklich interessante Methode“, sagte Mahmoudian. „Die meisten Unterwasser-Leichtflugzeuge können nur in tiefem Meer operieren und sind für begrenzte Gebiete nicht wendig. ROUGHIE hat eine Wendereichweite von nur etwa 10 Fuß, verglichen mit einer Wendereichweite von etwa 33 Fuß anderer Leichtflugzeuge.“ ROUGHIE ist so wendig, dass Mahmoudians Team es im Tauchen im Morgan J. Burke Aquatic Center von Purdue erfolgreich getestet hat. Durch die Installation eines Bewegungserfassungssystems aus Infrarotkameras unter Wasser können sie die Bewegungen des Fahrzeugs verfolgen und sein Fahrverhalten in drei Dimensionen mit Millimetergenauigkeit darstellen. „Wir programmieren ROUGHIE im Voraus mit Flugmustern und es führt diese Muster selbstständig aus“, sagte Mahmoudian. „Es kann herkömmliche gesägte Hin- und Herbewegungen ausführen, um in regelmäßiger Reihenfolge zu fliegen, aber es kann auch kreisförmige oder S-förmige Muster fliegen, die es beim Beobachten der Strömung verwenden kann.Die Tatsache, dass es diese Aufgaben in der beengten Umgebung eines Beckens nur durch innere Anregung ausführen kann, ist außerordentlich beeindruckend.“ Diese Mobilität bedeutet, dass ROUGHIE komplexen Pfaden folgen und reale Gebiete untersuchen kann, die andere Unterwasser-Leichtflugzeuge nicht erkunden können. „Es kann in flachen Gewässern und Küstengebieten eingesetzt werden, was für wissenschaftliche oder Umweltstudien so wichtig ist“, sagte Mahmoudian. „Und da es völlig ruhig ist, wird es weder das Leben in der Natur stören noch den Wasserfluss stören, wie dies bei motorisierten Fahrzeugen der Fall ist.“ ROUGHIE kann mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet werden, die Temperatur-, Druck- und Leitfähigkeitsdaten erfassen, die für Ozeanographen wichtig sind. Mahmoudians Team hat ROUGHIE mit einem Fluorimeter in kleine Seen und Bäche geschickt, um das Wachstum von Algen zu messen. Das Team hat das Fahrzeug auch mit kleineren Magnetometern ausgestattet, die Unregelmäßigkeiten wie Wracks und Unterwasserwaffen erkennen können. Diese Studie wurde kürzlich im Magazin Sensors veröffentlicht. Mahmoudian und ihre Studenten entwickeln ROUGHIE seit 2012, als sie das Projekt an der Michigan Technological University begann. „Meine Studenten haben es von Grund auf entworfen und gebaut und gleichzeitig die Steuerungs- und Navigationsalgorithmen entwickelt“, sagte Mahmoudian. „Zum Preis eines kommerziellen Transportfahrzeugs können wir zehn davon ins Wasser setzen und die Bedingungen mehrere Stunden lang testen. Wir glauben, dass dieses Fahrzeug für jede lokale Gemeinschaft von großem Wert ist.“Wir können zehn davon im Wasser platzieren und die Bedingungen mehrere Stunden lang testen. Wir glauben, dass dieses Fahrzeug für jede lokale Gemeinde einen enormen Wert hat.“Wir können zehn davon im Wasser platzieren und die Bedingungen mehrere Stunden lang testen. Wir glauben, dass dieses Fahrzeug für jede lokale Gemeinde einen enormen Wert hat.“