Slangerobot redder liv der andre gir tapt

En slangerobot kan utføre livbergende operasjoner ved brann, eksplosjoner og i andre fiendtlige miljø.

STOR STYRKE: SINTEF-forsker Pål Liljebäck forteller at energien som beveger leddene i slangen, kommer fra et hydraulisk vanntrykk på 100 bar. Foto: Rune Petter Ness

STOR STYRKE: SINTEF-forsker Pål Liljebäck forteller at energien som beveger leddene i slangen, kommer fra et hydraulisk vanntrykk på 100 bar.
Foto: Rune Petter Ness

Tenk deg en slangelignende robot som kan bevege seg fram mot et mål som er for farlig til at mennesker selv kan gå inn. Slangen kan klatre opp trapper, forsere bjelker og sno seg rundt hjørner. Forestill deg at den har en innebygd avansert vannkran som ikke bare kan åpne og lukke for vannstrømmen, men også sende vannet i den ene eller andre retningen.

VENTILER OG HYDRAULISKE MOTORER

Dette nye robotsystemet er nå under utvikling i SINTEF. Patentsøknaden er levert, og forskerne har bygget en demonstrator for å kunne bevise at det man så som spesielle forskningsmessige utfordringer, er overvunnet. Det har så langt kostet en diplomoppgave og halvannet års jobbing på SINTEF. I tillegg pågår et doktorgradsarbeid ved NTNU som skal se nærmere på styringen av roboten.

Slangen har 20 hydrauliske motorer som beveger leddene i roboten – og like mange ventiler som styrer vannstrømmen til motoren. Hver modul består av to hydrauliske sylindere og to ventiler. Utenpå ligger et sterkt stålskjelett med leddmoduler som har bevegelighet om to akser. Det hele styres av spesiallaget elektronikk.

– Vi kan sammenligne med grabben på en gravemaskin der ulike ledd og bevegelser koordineres av en operatør. I vårt tilfelle er operatøren datamaskinen, sier Pål Liljebäck ved SINTEF.

– I hvert ledd finnes det vinkelsensorer, og vi kan bestemme helt nøyaktig hvilken vinkel vi ønsker i leddene. Med et kamera i hodet på slangen blir det som å kjøre en radiostyrt bil. Som operatør kan vi si: Beveg deg fra A til B, og slangen finner selv ut hvordan den skal klare dette. Den vet hvordan den skal forsere en stabel med materialer, klatre ned på baksiden og sno seg rundt hindringer for å få fotfeste. Energien til å bevege leddene med, kommer fra et hydraulisk vanntrykk på 100 bar. Dette er et stort nok trykk til å løfte en bil opp fra bakken, noe som igjen forklarer hvordan slangen i prinsippet kan slå seg gjennom en vegg. Både det hydrauliske trykket og å benytte rent vann uten tilsetninger i det hydrauliske systemet, har budt på utfordringer.

BEVEGELIGE LEDD: Skjelettet rundt slangen består av leddete enheter som er bevegelige i forhold til to akser. I hvert ledd finnes det vinkelsensorer, og forskerne kan bestemme helt nøyaktig hvilken vinkel som ønskes i leddene. Illustrasjon: SINTEF IKT

BEVEGELIGE LEDD: Skjelettet rundt slangen består av leddete enheter som er bevegelige i forhold til to akser. I hvert ledd finnes det vinkelsensorer, og forskerne kan bestemme helt nøyaktig hvilken vinkel som ønskes i leddene.
Illustrasjon: SINTEF IKT

I FORSKNINGSFRONTEN

En slange har ingen legemsdeler som kan skyve den framover uten videre, det er de mange koordinerte bevegelsene på tvers av kroppen som skaper framdrift. Prosjektet gjennomføres i samarbeid med NTNU-professor Kristin Y. Pettersen, og prosjektleder Øyvind Stavdahl understreker at aktiviteten plasserer Trondheimsmiljøet i forskningsfronten når det gjelder denne typen systemer. Stålskjelettet og motorene er spesiallaget ved lokale verksteder i Trondheim, og i jobben med ventiler har forskerne måttet tenke nyttfra bunnen av.

– Plassmangel har vært en stor utfordring. Vi trengte servoventiler som måtte være små, tåle vann, kunne utføre myke bevegelser og styre vannstrømmen. Det nærmeste vi fant på markedet, som oppfylte kriteriene, var ventiler brukt i Formel1- biler til kr. 100 000 per stk, men disse tålte ikke vann. Dermed laget vi våre egne tegninger og bygget prototyper helt fra grunnen sammen med det lokale verkstedet, forteller Liljebäck.

ANVENDELSE

Slangen har en mengde anvendelsesområder: Brannslukking der folk ikke kan gå inn på grunn av varme eller fare for sammenrasing. Undervannsoperasjoner i forbindelse med vedlikehold på oljeinstallasjoner på havbunnen. Redningsaksjoner i jordskjelvområder. Eksplosjonsfarlige situasjoner.

– Tunnelbranner er jo eksplosive, og det er svært farlig for brannmenn å gå inn for å slukke, sier Stavdahl.

– Her kan man se for seg et helt «ormebol» av slanger som kryper ut fra et lager inne i tunnelen. Og siden slangen har moduler, kan man koble til ulike funksjoner: Slanger kan for eksempel sørge for friskluftmasker til folk, ha belysning eller bære på kamera som gir brannmannskapene utenfor tunnelen oversikt over situasjonen uten at de går inn. Forskerne er nå i kontakt med amerikansk næringsliv med tanke på et salg. Fortsatt vil det kreve forskning før en kommersiell utgave er på trappene. Men konseptet er klart. Finansieringen har kommet fra Norsk Hydros fond for SINTEF.

 

Av Åse Dragland