Forschungsbericht 2010 - 2011 - Hochschule Bremen

Forschungsbericht 2010 / 2011
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Bild 2: Versuchsaufbau der Harvard University zur Analyse
der Antriebseigenschaften der Schwanzflosse in Abhängigkeit
von Anströmgeschwindigkeit, Undulationswelle, Werkstoffeigenschaften
etc. (Quelle: Timo Gericke)
Im Rahmen des Forschungsprojektes wird mittels
Highspeed-Kamera und PIV (Particle Image Velocimetry)
die Fortbewegung von Regenbogenforellen
(Oncorhynchus mykiss) analysiert. In vergleichenden,
stark vereinfachten Versuchen mit Modellen werden
passive Mechanismen der Vortriebsgenerierung wie
z.B. Flosseninteraktion und -form sowie insbesondere
Materialeigenschaften analysiert (Bild 1). Dabei zeigt
sich, dass ein adäquater Biegesteifigkeits-Gradient
von essentieller Bedeutung für eine fischähnliche Kinematik
ist. Die jeweils induzierten Nachlaufmuster
(Bild 3) dienen dabei als Vergleich im Rahmen einer
als Soll-Wert (Fisch)/Ist-Wert (Modell)-Analyse. Zusätzliche
Parameter wie Schlagfrequenz, Amplitude
und Vortriebskraft erlauben eine sukzessive Feinjustierung
des Modells, insbesondere hinsichtlich seines
Steifigkeitsgradienten.
Erste Resultate zeigen, dass passive Mechanismen
der Fischlokomotion vielversprechende Ansätze für
alternative Antriebssysteme bieten. Eine adäquate
Applikation von Biegesteifigkeits-Gradienten in Kombination
mit weiteren passiven Mechanismen, welche
es noch am biologischen Vorbild zu untersuchen gilt,
könnte in der technischen Umsetzung zu einem fischähnlichen
Antrieb beitragen (Bild 3). Dieser würde sich
durch Einfachheit in der Konstruktion und der Ansteuerung
und damit durch Robustheit sowie geringen
Wartungsaufwand auszeichnen. Damit ließen sich die
Einsatzmöglichkeiten und vor allem die Einsatzdauer
von AUVs (Autonome Unterwasser-Vehikel) z.B.
bei der Erforschung der Polar- und Tiefseeregionen
enorm erweitern.
Veröffentlichungen
• Sonntag, R.; Kesel, A.B. (2009): Alternative Antriebssysteme:
Befunde zur Vortriebsgenerierung an Fischmodellen.
In: "Bionik: Patente aus der Natur" (eds.
Kesel A.B., Zehren D.), Bionik-Innovations-Centrum,
Bremen, p. 341-346.
• Gericke, T. (2009): Fish biorobotics: pectroral fin dynamics
and fish biomimetics. Master-Thesis an der
Hochschule Bremen, Studiengang "Bionik - Lokomotion
in Fluiden" (unpubl.).
Finanzierung
Hochschule Bremen
Kooperationspartner
Museum of Comparative Zoology, Harvard University,
Cambridge, USA
Kontakt
Prof. Dr. Antonia B. Kesel
Bionik-Innovations-Centrum (B-I-C)
Tel.: 0421-5905-2525
E-Mail: B-I-C@bionik.hs-bremen.de
www.bionik.hs-bremen.de
Bild 3: Graphische Interpretation des dreidimensionalen Wirbelnachlaufs bei der Forelle (links; v = TL/s; Schlagfrequenz 3,6
Hz) bzw. beim Modell (rechts; Modell No I, v = 2 TL/s; Schlagfrequenz 3,5 Hz). Das Nachlaufmuster deckt sich in Näherung,
zeigt aber noch Optimierungsbedarf.