Navigeert autonoom door een systeem van met water gevulde buizen

De natuur heeft voor alle manieren van voortbewegen onder water het perfecte voortstuwingssysteem gemaakt. Bij het ontwikkelen van de BionicFinWave, voor het eerst gepresenteerd door Festo op de Achema 2018, liet het bionicsteam zich inspireren door de golvende vinbewegingen van zeedieren als platwormen en zeekatten. Met deze vorm van aandrijving beweegt de robot zichzelf onafhankelijk door een buizensysteem van acrylglas. Dit project geeft een voorzet voor toekomstig werk met autonome robots in de procesindustrie.

Met deze technologiedrager geeft Festo weer een voorzet voor toekomstig werk met autonome robots en nieuwe voortstuwingsmethoden voor gebruik in vloeibare media. Concepten als de BionicFinWave kunnen mogelijk worden doorontwikkeld voor taken als inspectie, metingen of gegevensverzameling (bijvoorbeeld voor water- en afvalwatertechnologie of andere gebieden van de verwerkende industrie). De kennis die tijdens dit project is opgedaan, kan ook worden ingezet bij de productie van zachte robotonderdelen.

Zwemmen naar het voorbeeld van de natuur
De longitudinale vinnen van platwormen en zeekatten lopen van de kop naar de staart, langs de rug, de onderkant of de zijkanten van het lichaam. Om zich door het water voort te bewegen, laten de dieren hun vinnen golven in een doorlopende beweging langs de gehele lengte van hun lijf. Deze golfbeweging stuwt het water naar achteren en het dier dus naar voren. Ook de BionicFinWave gebruikt dit principe om zichzelf naar voren of naar achteren manoeuvreren.

Hiermee heeft Festo een vinaandrijving gerealiseerd die uiterst geschikt is voor langzame, nauwkeurige voortbeweging en die minder turbulentie in het water veroorzaakt dan bijvoorbeeld een conventionele schroefaandrijving. Terwijl de autonome onderwaterrobot zich door de buizen beweegt, kan deze via een radio met de buitenwereld communiceren en gegevens naar een tablet doorsturen, zoals meetwaarden van temperatuur- en drukmeters.

Geïntegreerde flexibele siliconenvinnen
De twee laterale vinnen van de 370 mm lange BionicFinWave zijn geheel van siliconen gemaakt, waardoor dwarslatten en andere verstevigende onderdelen niet nodig zijn. De vinnen zijn dus bijzonder flexibel en kunnen de soepele golvende bewegingen van hun natuurlijke voorbeelden dus realistisch nabootsen. Om de beweging te kunnen maken, is elk van de twee vinnen bevestigd aan negen kleine hefboomarmpjes met een buigingshoek van 45 graden. Deze armen worden aangedreven door twee servomotoren binnen in de onderwaterrobot. Twee platte krukassen brengen de krachten over op de armen, zodat de twee vinnen onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen. Zo kunnen ze tegelijkertijd verschillende golfbewegingen voortbrengen. Om bijvoorbeeld in een bocht te zwemmen, beweegt de buitenste vin sneller dan de binnenste vin, net als de rupsbanden van een graafmachine.

De BionicFinWave kan omhoog of omlaag zwemmen door in de gewenste richting te buigen. De krukassen zijn zo flexibel doordat de kruiskoppelingen zich tussen de hefboomsegmenten bevinden. De koppelingen, krukassen en de zuigerstang zijn van kunststof, integraal gemaakt met een 3D-printer.

Optimaal ontworpen model met geïntegreerde elektronica
De overige elementen van de BionicFinWave, die slechts 430 gram weegt, zijn ook 3D-geprint. Dit maakt een complexe geometrie mogelijk. De holtes in de elementen dienen als drijflichamen. Maar de waterdichte holtes bieden ook een veilige locatie voor alle besturings- en regeltechnologie in een heel kleine ruimte. Een druksensor en ultrasoundsensoren meten doorlopend de afstand van de BionicFinWave tot de wanden en de diepte in het water, waardoor de robot niet tegen de buizen botst. Voor deze autonome en veilige navigatie moesten compacte, efficiënte en waterproof of waterbestendige onderdelen worden ontwikkeld die door toepasselijke software kunnen worden gecoördineerd en geregeld.