Marsrover „schwimmt“ durch den Sand: Neue Räder nach dem Vorbild der Wüsteneidechse gestaltet

Wissenschaftler haben einen neuartigen Marsrover entwickelt, dessen Räder nicht rollen, sondern sich durch lockeren Sand wie eine Wüsteneidechse bewegen. Die Technik könnte künftig bei Missionen auf schwierigem Terrain eingesetzt werden.

Der Marsrover mit den wellenförmigen Rädern, die nach dem Vorbild einer Wüsteneidechse durch Sand schwimmen können. Bild: Marco Schmidt/Uni Würzburg

Wenn Marsrover auf weichem Untergrund unterwegs sind, geraten sie schnell an ihre Grenzen. Lockere Sandflächen, Geröll und steile Hänge erschweren die Navigation auf dem roten Planeten seit Jahren. Forschende setzen deshalb nun auf ein ungewöhnliches Vorbild aus der Natur, den sogenannten Sandfisch, der regelrecht durch Sand hindurchschwimmen kann.

Der Sandfisch (Scincus scincus) ist eine in der Sahara lebende Eidechsenart, die sich mit einer eigentümlichen Beinbewegung im Sand fortbewegt. Das Tier gräbt sich in den Untergrund ein und schiebt sich dort mit wellenförmigen Körperbewegungen voran.

Erst in den vergangenen Jahren ist es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Julius-Maximilians-Universität Würzburg gelungen, die physikalischen Prinzipien hinter der besonderen Fortbewegungsart zu ermitteln. Nun wurde sie erstmals auf ein technisches System übertragen.

Räder wie ein schwimmender Körper

Entstanden ist ein experimenteller Marsrover mit Rädern, die nicht klassisch rollen. Stattdessen erzeugen sie Bewegungsmuster, die den Sand gezielt verdrängen und so Vortrieb erzeugen.

Durch schnelle Schlängelbewegungen können sich Sandfische in kürzester Zeit eingraben. Bild: Heribertus2/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0

Das System wurde von der Arbeitsgruppe von Marco Schmidt, Leiter der Professur für eingebettete Systeme und Sensoren für die Erdbeobachtung an der Universität Würzburg, entwickelt, unter Beteiligung der Universität Bremen und des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI).

„Herkömmliche Radkonstruktionen sind oft für das Fahren bei niedrigen Geschwindigkeiten optimiert und neigen dazu, auf weichem Boden zu rutschen, einzusinken oder stecken zu bleiben.“

– Amenosis Lopez, Universität Würzburg, Arbeitsgruppe von Marco Schmidt

Die neu entwickelten Räder sollen genau dieses Problem lösen. Nach Angaben des Forschungsteams imitieren sie die Wechselwirkungen des Sandfischs mit dem Untergrund. Dabei entstehen Längs- und Querkräfte, die eine stabilere Bewegung ermöglichen. Sichtbar wird das an den charakteristischen sinusförmigen Spuren, die der Rover im Sand hinterlässt.

Tests im Sand

Erprobt wurde das Fahrzeug sowohl unter Laborbedingungen als auch im Freiland. Die Versuche zeigten, dass sich der Rover auf sandigem Untergrund kontrolliert und vergleichsweise stabil bewegen kann. Gleichzeitig offenbarten die Tests aber auch Schwächen der ersten Konstruktion.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Radkonstruktionen, die auf weichem Boden rutschen oder einsinken, ermöglicht die ungewöhnliche Fortbewegungsweise durch Längs- und Querkräfte, dass der Rover selbst im Sand problemlos vorankommt. Bild: Marco Schmidt/Uni Würzburg

So waren die ursprünglichen Sandfisch-Räder schwerer und schmaler als herkömmliche pneumatische Vergleichsmodelle. Dadurch erhöhte sich der Druck auf den Boden, was wiederum stärkeres Einsinken und mehr Schlupf verursachte. Die Folge war eine schlechtere Steuerbarkeit des Fahrzeugs.

„Die Experimente haben uns auch klare Anhaltspunkte für Verbesserungen geliefert“, erklärt Marco Schmidt. Durch breitere und leichtere Räder konnten die Forschenden den Bodendruck deutlich reduzieren. Das verringerte das Einsinken und verbesserte zugleich die Stabilität des Rovers.

Software soll Gelände mitdenken

Langfristig geht das Projekt jedoch über die reine Hardwareentwicklung hinaus. Die Würzburger Forschenden arbeiten bereits an intelligenten Steuerungssystemen, die das Verhalten des Untergrunds aktiv berücksichtigen sollen.

Geplant sind Algorithmen, die Schlupf, Einsinken und die Wechselwirkungen zwischen Rad und Gelände kontinuierlich analysieren. Dadurch könnte sich der Rover künftig flexibel an unterschiedliche Bodenverhältnisse anpassen. Das Ziel: eine deutlich robustere Mobilität für künftige Missionen auf dem Mars und anderen Himmelskörpern.

Verpassen Sie nicht die neuesten Nachrichten von Meteored und genießen Sie alle unsere Inhalte auf Google Discover völlig KOSTENLOS

+ Folgen Sie Meteored