Ultrasound sensors transmit sound waves in a high frequency range towards their target object, which reflect the sound waves as an echo. The sensors receive these signals and are able to calculate the distance using the time interval until the echo is returned. Distances can be measured and one’s own position can be determined using this measuring principle.
The underwater robot BionicFinWave with its undulating fin motion uses the technology to swim collision-free through a transparent pipe system. Five ultrasound sensors on its head and the inertial sensor technology constantly measure the distances to the walls and its actual direction through the water. A processor analyses this data and uses it to work out when there is a curve in the pipe system. It controls the fins in such a way that the BionicFinWave swims as centrally as possible and does not hit the walls.
Zur Fortbewegung nutzt der BionicFinWave seine beiden Seitenflossen. Mit diesen erzeugt er eine durchgängige Welle, die so genannten undulierende Flossenbewegung. So bewegen sich auch der freilebende Meeresstrudelwurm, der Sepia und der Großnilhecht durch die Meere. Mit der wellenförmigen Bewegung der Flossen schieben die Fische das Wasser nach hinten, wodurch ein Vorwärtsschub entsteht.
Die Flossen des BionicFinWaves sind komplett aus Silikon gegossen und kommen ohne Verstrebungen oder andere Stützelemente aus. Dadurch sind sie äußerst nachgiebig und können so flüssige Wellenbewegungen wie die natürlichen Vorbilder umsetzen. Sie sind links und rechts jeweils an neun kleinen Hebelarmen befestigt, die einen Ausschlagwinkel von 45 Grad haben. Die Hebelarme wiederum werden von zwei Servomotoren angetrieben, die im Körper des Unterwasserroboters sitzen. Zwei anliegende Kurbelwellen übertragen die Kraft auf die Hebel, sodass sich die beiden Flossen individuell bewegen lassen. Dadurch können sie unterschiedliche Wellenmuster generieren.
Um eine Kurven zu schwimmen, bewegt sich beispielsweise die äußere Flosse schneller als die innere – vergleichbar mit den Ketten eines Baggers. Ein dritter Servomotor am Kopf des BionicFinWave steuert die Biegung des Körpers, mit deren Hilfe er nach oben und unten schwimmen kann. Die Kurbelwellen und Gelenke sind in einem Stück im 3D-Druck-Verfahren gefertigt und daher entsprechend flexibel und biegsam sind.