Dieser Roboter läuft nur mit Wind und braucht keinen Akku
Kein Akku, kein Versorgungsflug, keine Ladeunterbrechung: Der Wander-bot der Cranfield University bewegt sich rein durch Windkraft und soll damit selbst entlegenste Extremumgebungen erkunden.
In Wüsten oder Polarzonen gibt es eines im Überfluss: Wind. Genau das macht sich ein Forschungsteam der Cranfield University zunutze. Mit dem Wander-bot haben die Wissenschaftler einen Roboter entwickelt, der sich diese Ressource als Antrieb erschließt und damit einen grundlegenden Schwachpunkt klassischer Feldroboter umgeht: die Abhängigkeit von begrenzten Energiequellen.
Die Inspiration dafür stammt aus einer unerwarteten Ecke. Der niederländische Künstler Theo Jansen baut seit den 1990er-Jahren kinetische Skulpturen, die er Strandbeesten nennt. Diese filigranen Konstruktionen aus Kunststoffrohren bewegen sich durch Wind über Strände. Ohne Motor, ohne Strom, allein durch ausgeklügelte Hebelgelenke. Das Forschungsteam der Cranfield University hat dieses Bewegungsprinzip aufgegriffen und in die Robotik übertragen.
Quelle: Theo Jansen / Facebook
Windkraft statt Batterie: ein entscheidender Unterschied
Bewegung verursacht bei den meisten Robotern etwa 20 Prozent des gesamten Energieverbrauchs. Indem der Wander-bot diese Energie aus natürlicher Windkraft bezieht, wird er zu einer effizienten Lösung für Langzeiterkundungen und die Kartierung unbekannter Geländetypen. Der Vorteil geht aber noch weiter: Elektronische Komponenten, die künftigen Versionen zur Datenerhebung oder -übertragung hinzugefügt werden, könnten dadurch eine eigene, kleinere und leichtere Energiequelle erhalten.
Dazu kommt ein weiterer Vorteil, der bei klassischen Systemen oft übersehen wird: Die Nutzung natürlicher Energie umgeht das Problem des Leistungsverlusts über Zeit, das bei herkömmlichen Energiequellen wie Solarzellen oder Radionuklidbatterien auftritt. Solarzellen verlieren in staubigen Umgebungen schnell an Effizienz, Radionuklidbatterien bauen über Jahre kontinuierlich ab. Der Wind hingegen fragt nicht nach Wartungsintervallen.
Technisch setzt der Roboter auf eine Kombination zweier bewährter Prinzipien: Der Wander-bot nutzt den Jansen-Koppelgetriebe-Mechanismus in Verbindung mit einer Savonius-Windturbine, um seine Bewegung anzutreiben. Die Turbine fängt den Wind ein, das Koppelgetriebe – direkt aus Jansens Strandbeesten abgeleitet – setzt diese Energie in organische, laufende Bewegung um.
Gleichzeitig hat das Prinzip physikalische Grenzen: Die Savonius-Turbine arbeitet zwar auch bei wechselnden Windrichtungen zuverlässig, benötigt jedoch eine gewisse Mindest-Winddichte. Diese ist nicht in jeder extraterrestrischen Umgebung gegeben. Die dünne Atmosphäre des Mars ermöglicht etwa nur begrenzten Vortrieb.
Gebaut zum Wegwerfen und zum Weitermachen
Das Forschungsteam hat beim Design eine bewusste Entscheidung getroffen: Alle Bauteile sind vollständig aus dem 3D-Drucker, wobei das Design bewusst simpel gehalten wurde, um eine schnelle Reparatur und den Austausch von Teilen zu ermöglichen.
Quelle: Cranfield University
Das klingt zunächst nach einem Kompromiss, ist aber das Gegenteil. Theoretisch lässt sich der Wander-bot überall bauen und mit vor Ort gedruckten Ersatzteilen reparieren. Das macht zeitaufwendige und kostspielige Versorgungsmissionen überflüssig. Ein gebrochenes Bein oder ein defektes Gelenk erfordern keinen Missionsstopp, sondern lediglich einen neuen Druckauftrag. Auf anderen Planeten, in der Sahara oder an der Polarstation macht das einen fundamentalen Unterschied.
Noch ein Prototyp, aber mit klarem Fahrplan
Was noch fehlt, ist Manövrierfähigkeit. Aktuell bewegt sich der Wander-bot weitgehend geradeaus, was für erste Tests ausreicht, für den Feldeinsatz aber nicht genügt. Das Team plant nun, die Manövrierfähigkeit zu verbessern, damit der Wander-bot Richtungswechsel vollziehen und anspruchsvolleres Gelände bewältigen kann. Erst dann wird sich zeigen, ob der Roboter hält, was das Prinzip verspricht.
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