In einem bedeutenden Fortschritt für die Unterwasserrobotik haben Forschende am California Institute of Technology einem U-Boot-Roboter beigebracht, Turbulenzen als Antriebsmechanismus zu nutzen, anstatt gegen sie anzukämpfen.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor John Dabiri und dem ehemaligen Doktoranden Peter Gunnarson (jetzt an der Brown University) entwickelte ein System, das es dem CARL-Bot ermöglicht, Wirbelringe – die Unterwasser-Entsprechung von Rauchringen – zu erkennen und gezielt auszunutzen, um effizient durch das Wasser zu reisen. Ihre Ergebnisse wurden am 12. Mai 2025 im Fachjournal PNAS Nexus veröffentlicht.
„Wir haben überlegt, wie Unterwasserfahrzeuge turbulente Wasserströmungen für den Antrieb nutzen könnten, und uns gefragt, ob sie für diese kleineren Fahrzeuge nicht sogar einen Vorteil darstellen könnten, anstatt ein Problem zu sein“, erklärt Gunnarson, der den CARL-Bot (Caltech Autonomous Reinforcement Learning roBot) während seiner Zeit am Caltech gebaut hat.
Der Roboter nutzt ein einziges an Bord befindliches Beschleunigungsmessgerät, um zu erkennen, wann er auf einen Wirbelring trifft, und führt dann präzise Manöver aus, um sich innerhalb der Materialgrenze des Wirbels zu positionieren. Ist der Roboter einmal im Wirbel gefangen, wird er über Distanzen transportiert, ohne zusätzliche Energie aufzuwenden. In Labortests mit einem 16 Fuß langen Tank konnte diese Technik den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Antriebsmethoden nahezu um das Fünffache senken.
Obwohl der CARL-Bot ursprünglich mit künstlicher Intelligenz für die Navigation ausgestattet wurde, entdeckten die Forschenden einen einfacheren Ansatz für die Entscheidungsfindung unter Wasser. Das Team entwickelte grundlegende Befehle, mit denen der Roboter die Position eines Wirbelrings erkennen und sich so ausrichten kann, dass er – wie Gunnarson es beschreibt – „praktisch kostenlos aufspringt und mitfährt“.
Diese Innovation hat weitreichende Auswirkungen auf die Ozeanforschung, da kleine autonome Unterwasserfahrzeuge oft durch ihre Batterielaufzeit limitiert sind und leicht von Meeresströmungen überwältigt werden können. Die Technologie könnte längere Einsätze für Umweltüberwachung, ozeanografische Forschung und die Inspektion von Unterwasserinfrastrukturen ermöglichen. Professor Dabiri hofft zudem, diese Prinzipien auf seine Arbeit mit bionischen Quallen anwenden zu können, um möglicherweise hybride Systeme zu schaffen, die biologische Organismen mit elektronischer Steuerung für eine effiziente Ozeanerforschung kombinieren.