Diese winzigen Roboter sind schneller als ein Gepard
Im oberösterreichischen Linz, an der dortigen Johannes-Kepler-Universität, arbeitet ein Forschungsteam an millimetergroßen Softrobotern. Bei denen scheint es sich um die schnellsten Roboter ihrer Art weltweit zu handeln.
Geparden haben keine Chance gegen diese Miniflitzer
In Tests erreichten sie nämlich Geschwindigkeiten von 70 BL/s (Body Lengths / Körperlängen pro Sekunde). Damit übertreffen sie das schnellste an Land lebende Tier, den Gepard. Der schafft nämlich „nur“ bis zu 23 BL/s – umgerechnet rund 110 km/h.
Die in Linz konzipierten Softroboter sind keine Roboter, wie wir sie uns landläufig vorstellen. Softroboter bestehen aus flexiblen Materialien wie Polymeren und temperaturabhängigen Formgedächtnislegierungen.
Es wird gezielt mit besonders weichen Materialien gearbeitet, um den Softrobotern Features einzuhauchen, die denen von lebenden Organismen ähneln. Starre Materialien würden dem Konzept zuwiderlaufen.
So sehen die Softroboter aus. Die braunen „Füße“ sind an „der Vorder- und der Hinterachse“ des Roboters befestigt. Die Bewegung erfolgt demnach über eine Streckung des transparenten Bereichs. (Bild: JKU)
Softroboter vor allem im medizinischen Bereich sinnvoll
Schon seit geraumer Zeit forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an weichen Robotern, die schnell genug sind, um in extremen Umgebungen zu arbeiten. Konkret geht es dabei um kritische Umfeldbedingungen, in denen keine anderen Maschinen funktionieren würden.
Vor allem im medizinischen Bereich sind etliche Anwendungsfälle denkbar. Wie Ars Technica beschreibt, könnten schnelle, dabei sehr weiche Roboter etwa für invasive Diagnostik wie eine Darmspiegelung eingesetzt werden. Denkbar wäre auch das Erreichen bislang schwer zu untersuchender Stellen – etwa in Organen.
Ungewöhnliche Materialwahl aus gutem Grund
Für den Bau ihrer flinken Softroboter setzen die Forschenden auf eine Flüssigmetalllegierung namens Galinstan. Sie besteht aus Gallium, Indium und Zinn (Stannum) und wird eher nicht für die Herstellung weicher Roboter verwendet. Dafür werden herkömmlich Elastomere auf Silikonbasis genutzt.
Dr. Guoyong Mao, Hauptautor der in Nature Communications veröffentlichten Studie hat indes einen guten Grund dafür:
„Die wichtigste Eigenschaft dieses Materials ist, dass es bei Raumtemperatur flüssigkeitsähnlich ist und gleichzeitig eine hohe Leitfähigkeit aufweist, was es für den Bau von weichen und verformbaren Spulen nützlich macht.“
Fertigung im 3D-Druck
Für die Herstellung der Softroboter setzen die Forschenden auf die 3D-Drucktechnologie für die Galinstan-Spulen, die sie dann mit einer Zustandssteuerung in elastomere Schalen einbetten. Die wiederum werden mit L-förmigen oder sägezahnförmigen Füßen ausgestattet, je nachdem, über welche Substrate sie sich bewegen sollen.
Die Softroboter werden von Lithium-Polymer-Batterien gespeist und durch elektromagnetische Aktoren, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln, angetrieben. Je nach Oberfläche konnten die Softroboter in Tests „laufend“ Geschwindigkeiten zwischen 35 und 70 BL/s und „schwimmend“ 4,8 BL/s erreichen.
„Wir glauben, dass dies eine neue und vielversprechende Technologie auf dem Gebiet der Robotik ist, die ein großes Potenzial für die Zukunft hat. Wir konnten keine ähnliche Technologie finden, die ein weiches Funktionsmaterial verwendet und so viele Aufgaben mit einer so hohen Geschwindigkeit erledigen kann“, ist sich Mao sicher.
