Haben Sie sich auch schon einmal gefragt, wie es wäre, auf einem anderen Planeten zu leben? Oder ob man dort Ressourcen für die Erde findet?
Mit diesen Fragen sind Sie nicht alleine. Sie faszinieren die Menschheit seit langem. Technische Innovation ist hier der Schlüssel. Kreativität und Erfindergeist finden immer wieder neue Lösungen, um Antworten zu liefern. Doch ob bei einer Mission im Weltall oder bei Testaufbauten: Die Anforderungen an das Material sind enorm. Unsere Profiltechnik kommt hier immer wieder als helfende Hand zum Einsatz – dank höchster Stabilität bei geringem Gewicht und durchgängiger Flexibilität. Auf dem item Blog standen daher bereits mehrere Weltraum-Projekte im Rampenlicht. So haben wir über die Jupitersonde JUICE sowie zwei Studierenden-Projekte an der ETH Zürich berichtet: eine Hybridrakete für die Schwerelosigkeit und den Roboter CHIRON. Die ETH Zürich gilt als beste Hochschule Kontinentaleuropas und fördert Innovationen. Neuartig ist auch der Weltraum-Roboter SpaceHopper: Er wurde speziell dafür entwickelt, um Himmelskörper mit tiefer (= geringer) Gravitation zu erkunden. Bei zwei Testaufbauten setzen die Studierenden auf unsere Aluminiumprofile aus dem item Systembaukasten.
Eine Idee – unbegrenzte Möglichkeiten
Flexibel, robust und hochwertig: Der item MB Systembaukasten ist seit über 40 Jahren die optimale Lösung für alle konstruktiven Aufgaben im Maschinen- und Betriebsmittelbau.
MUSTERPAKET SICHERN
Studierenden-Projekt entwickelt neue Art der Fortbewegung auf Asteroiden
SpaceHopper ist ein Fokus-Projekt der ETH Zürich: Es handelt sich also um ein Projekt in den letzten beiden Semestern des Bachelor-Studiums. Die Studierenden nutzen dabei ihr theoretisches Wissen in der Praxis und sammeln wertvolle Erfahrungen für die Berufswelt. Häufig entstehen in diesem Umfeld auch Abschlussarbeiten. Das zehnköpfige SpaceHopper-Team wird zusätzlich vom renommierten Robotic Systems Lab an ihrer Hochschule unterstützt. Während der Fokus auf tiefe Gravitation vorgegeben war, konnten die Studierenden das Missionsziel frei wählen. Dabei suchten sie ganz bewusst die allergrößte Herausforderung.
Das Team betrat Neuland und entwickelte den SpaceHopper – einen Weltraum-Roboter, der sich springend fortbewegt.
„Der Mond zum Beispiel hat ein Sechstel der Erdgravitation. Unser Ziel waren aber Himmelskörper mit noch viel tieferer Gravitation, also Asteroiden. Das Hauptziel ist der Asteroid Ceres. Er hat eine Gravitation, die etwa 3 % der Erdgravitation beträgt“, sagt Elena Krasnova. Sie ist bereits Absolventin der ETH Zürich und führt das Projekt nach ihrem Abschluss mit anderen Team-Mitgliedern in der Freizeit fort. Ein weiterer Ansporn: Aufgrund ihrer Gravitation sind Asteroiden kaum erforscht. Gerade Ceres macht es einem wirklich nicht leicht: Räder? Bei dieser Gravitation geht es weder vor noch zurück. Fliegen? Ohne Atmosphäre ist auch das leider keine Option. Also betrat das Team Neuland und entwickelte den SpaceHopper – einen Weltraum-Roboter, der sich springend fortbewegt. Somit wird er auf Asteroiden mühelos zu Messungen oder zur Probenentnahme eingesetzt werden.
Was Samtpfoten können, kann der Weltraum-Roboter SpaceHopper erst recht
Die drei Beine des SpaceHopper verbinden Stabilität und Effizienz. Insgesamt ist der Roboter nur 5 kg schwer. Jedes Bein wiegt 1 kg und wird von drei Motoren angetrieben: Zwei davon sind im Körper, einer sitzt im Oberschenkel. Beim Hüpfen kommt ein Differenzialgetriebe in der Hüfte des Weltraum-Roboters zum Zug: Durch die Kombination der Motoren im Körper könnte der Roboter auf dem Asteroiden Ceres bis zu 6 Meter hoch springen. Vielleicht kommt Ihnen das bekannt vor? Seine Agilität erinnert nicht zufällig an eine Katze: Sie springt durch die Luft und dreht sich im freien Fall genau so, dass sie auf ihren vier Pfoten landet. Das hat sich der ungefähr katzengroße SpaceHopper „abgeschaut“. Er nutzt das Gewicht und die Unwucht seiner Beine so geschickt, dass er immer mit den Beinen aufkommt.
Mit dem Testaufbau auf item Basis springt der Roboter knapp 70 cm hoch. Das klingt unscheinbar, entspricht aber 5 bis 6 m auf Ceres.
Es wäre zu aufwendig, den Roboter für diese Bewegungen manuell zu programmieren. Daher übernimmt eine künstliche Intelligenz (KI) die Steuerung. Die KI lernt in einer simulierten Umgebung, wie der Roboter seine Beine für eine sanfte Landung am besten bewegt. Doch wie simuliert man in Tests auf der Erde die Bedingungen von Ceres? Hier hat der item Systembaukasten seinen Auftritt. Unsere Aluminiumprofile werden in einer T-förmigen Konstruktion eingesetzt: „Oben wird ein Seil auf Rollen geleitet. Daher kann man auf einer Seite ein 4 kg schweres Gewicht dranhängen und auf der anderen Seite den Roboter befestigen. Dank des Gegengewichts schafft es der Roboter, knapp 70 cm hochzuspringen“, erklärt Elena Krasnova. Ohne den Testaufbau auf item Basis könnte sich der Roboter trotz seiner Motoren lediglich aufrichten. 70 cm klingen unscheinbar, doch sie entsprechen 5 bis 6 m auf Ceres.
item Profiltechnik als starke Basis für erkenntnisreiche Experimente
Bei einem anderen Testaufbau wird die Flugphase des Weltraum-Roboters simuliert. Er kann sich hier in allen drei Raumrichtungen frei drehen. Inspiriert wurde der „Gimbal“ getaufte Aufbau durch die gleichnamige Aufhängung für Kameras. Sie können sich das Ganze so vorstellen: Der SpaceHopper befindet sich in der Mitte der Konstruktion, die aus drei ineinander verschachtelten Rahmen besteht. Somit kann man austesten, wie der Roboter mit dem Bein „wedeln“ muss, um sich für die Landung komplett umzudrehen. Solche Experimente liefern wichtige Erkenntnisse für die Forschungs- und Entwicklungsarbeit des Teams. Da die beiden inneren Rahmen besonders leicht sein müssen, sind sie aus Carbon. Beim äußeren Rahmen geht es darum, die gesamte Konstruktion zu tragen und die inneren Rahmen zu stabilisieren.
Wir mussten die Vorrichtung oft auseinandernehmen und wieder aufbauen. Es war eine große Hilfe, dass man mit sechs Schrauben quasi ein ganzes Gestell fixieren kann.
Auch für diese Herausforderung kam unsere Profiltechnik wie gerufen: „Die unkomplizierte Verbindungstechnik ist wunderbar. Wir haben die Vorrichtungen auf vielen Messen und Ausstellungen gezeigt. Deshalb mussten wir sie oft auseinandernehmen und wieder aufbauen. Es war eine große Hilfe, dass man mit sechs Schrauben quasi ein ganzes Gestell fixieren kann“, betont Elena Krasnova. Aus Platzgründen musste das SpaceHopper-Team später beide Aufbauten kombinieren. Dank der Modularität unserer Profile war auch diese Aufgabe schnell gelöst. Ein weiterer Vorteil: „Die Schnellverbinder waren optimal, um schnell die Höhe zu verstellen oder die Länge der Profile anzupassen. Man konnte alles Mögliche ausprobieren“, ergänzt Elena Krasnova. Somit wurden beste Voraussetzungen für die nächsten Schritte beziehungsweise Sprünge des SpaceHopper geschaffen. Bald hat das Team die großartige Gelegenheit, den Weltraum-Roboter bei drei Parabelflügen unter Schwerelosigkeit zu testen. Wir freuen uns, dass wir einen Teil zum Erfolg des Teams beitragen können und drücken fest die Daumen!
Sie möchten regelmäßig über die Anwendungsmöglichkeiten der item Produkte informiert werden? Dann haben wir genau das Richtige für Sie: Abonnieren Sie doch einfach den item Blog über die Box oben rechts!
