ETH-Studierende entwickeln Drohnen, Roboter und Fahrzeuge

Rennautos, Roboter, Flugzeuge: Während zwei Semestern arbeiten Bachelor-​Studierende des Departements Maschinenbau und Verfahrenstechnik in Teams an einem Projekt. Am 28. Mai 2024 stellen sie die Ergebnisse vor.

Bild: ETH Zürich / Samuel Visca

Während eines Jahres haben zehn Teams Prototypen entwickelt, die den aktuellen Stand der Technik in den Bereichen additive Fertigung, Robotik sowie Antriebs-​ und Transporttechnologien demonstrieren. Die Fokus-​Projekte sind fester Bestandteil eines Bachelorstudiums in Maschinenbau und Verfahrenstechnik, von der Projektidee über Designstudien bis hin zur Sponsorensuche und Produktion haben die Studierenden den gesamten Prozess selbstständig durchlaufen. Diese Projekte haben sie in diesem Jahr umgesetzt:

Avero – die sichere Inspektionsdrohne

Die Propeller von Drohnen bergen ein Risiko: Menschen können sich an den rotierenden Blättern verletzen und bei Kollisionen können Objekte oder die Drohne selbst beschädigt werden. Das elfköpfige Team des Fokus-​Projekts Avero hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, die Propeller ins Innere der Drohne zu verlagern: Die Propeller befinden sich in Röhren, der erzeugte Luftstrom wird über schwenkbare Düsen gesteuert.

Der neuartige Antrieb bringt aber noch mehr Vorteile: Die Drohne kann sich in beliebiger Lage um zwei Achsen mehr drehen als herkömmliche Modelle und dicht an Objekten entlang fliegen. Mögliche Einsatzgebiete sind Inspektionsaufgaben an schwer zugänglichen Infrastrukturen und in belebten Umgebungen wie Baustellen.

Rapture – 3D-​Druck für Multimaterial-​Raketenteile

Bei der additiven Fertigung werden Materialien schichtweise aufgetragen, um Bauteile herzustellen. Eines dieser 3D-​Druckverfahren ist das wiederholte Auftragen und selektive Aufschmelzen von Metallpulver mit einem Laser. Diese Technik macht es möglich, Bauteile mit besonders feinen und komplexen Geometrien zu bauen. Im Fokus-​Projekt Rapture entwickelten Studierende eine neue Maschinenarchitektur, mit der sie Teile aus zwei verschiedenen Metallen herstellen können. Sie arbeiten dabei an einem besonders schnellen und materialsparenden Verfahren, das in der Luft-​ und Raumfahrt sowie in vielen weiteren Branchen eingesetzt werden kann. So wollen die Studierenden spezielle Bauteile wie Düsen und weitere Triebwerkskomponenten mit jeweils massgeschneiderten Materialeigenschaften herstellen. Die Technologie verspricht, die Kosteneffizienz und Leistung von Raketensystemen zu verbessern.

Sara – Soft Actuated Robotic Arm

Trotz grosser Fortschritte werden Prothesen am Oberkörper oft noch als zu schwer empfunden. Ziel des Fokus-​Projekts Sara ist es deshalb, einen leichten und flexiblen Roboterarm zu konstruieren, der zu einer Prothese weiterentwickelt werden kann. Die Studierenden des Projektteams haben die Vision, dass Träger:innen einer Prothese deren Nachteile künftig kaum mehr fühlen.

Mit der Entwicklung des Roboterarms wollen sie den Weg für eine neue Generation leichter, beweglicher und geräuschloser Prothesen ebnen. Statt herkömmlicher Stellantriebe verwenden die Studierenden eine neue Technologie aus der Robotik, die die Funktionalität menschlicher Muskeln nachahmt. Die Aktuatoren, also die Elemente, die die Bewegung generieren, bestehen aus Flüssigkeiten in dünnen Kunststofffolien, die elektrische in mechanische Energie umwandeln. Indem die Studierenden künstliche Muskeln in die Armprothese integrieren, soll diese beweglicher und gleichzeitig leichter werden.

Die weiteren Fokus-​Projekte 2023/24

• aCentauri konstruiert ein aerodynamisches Rennauto, das ausschliesslich von Solarzellen angetrieben wird und autobahntaugliche Geschwindigkeiten erreicht. Im Herbst 2025 nimmt das Team zum zweiten Mal an der World Solar Challenge teil, die über 3000 km durch das australische Outback führt.
• Aidara entwickelt einen Assistenzroboter, einen sogenannten «Cobot», der dank KI-​basierten Sprach-​ und Bilderkennungsalgorithmen selbstständig Aufgaben verstehen und Objekte identifizieren kann. Der Roboterarm fungiert dabei als «dritte Hand» und reicht auf Zuruf Gegenstände.
• Cellsius Projekt H2 baut einen Antrieb für ein Leichtflugzeug, das mit Wasserstoff betrieben wird. Das Flugzeug mit Platz für zwei Personen soll emissionsfrei, leise und ökonomischer werden und eine umweltschonende Alternative für Schulungs-​ und Freizeitflüge sein.
• Formula Student Electric verfolgt das Ziel, die Leistungsfähigkeit von elektrischen Rennautos weiter zu steigern. Nach einer vier-​monatigen Entwicklungsphase wird das Auto zusammengebaut. Mit dem Prototyp nimmt das Team am jährlichen «Formula Student»-​Wettbewerb teil.
• Leva baut einen Roboter, der eigenständig Kisten heben sowie tragen kann und sich wie ein vierbeiniges Tier bewegt. Er kann in engen Räumen und auf unebenem Gelände eingesetzt werden und soll die Arbeit auf Baustellen, in der Landwirtschaft und in der Intralogistik sicherer und effizienter machen.
• Noctua entwickelt eine leise Langstreckendrohne zur Überwachung von Wildtieren in afrikanischen Reservaten. Denn täglich fallen dort rund 90 Elefanten und zwei Nashörner Wilderern zum Opfer. Die Drohne soll grosse Gebiete bis zu 12 Stunden lang autonom überfliegen, ohne die Tiere zu stören.
• Swissloop entwickelt das CO2-​neutrale Hochgeschwindigkeitstransportsystem Hyperloop weiter. Mit dem neuen Pod, in dem künftig Güter mit Geschwindigkeiten bis zu 1000 km/h befördert werden sollen und dem dazugehörigen Schwebesystem, nehmen sie an der European Hyperloop Week, einem internationalen Wettbewerb, teil.

Quelle: https://ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/05/eth-studierende-entwickeln-drohnen-roboter-und-fahrzeuge.html