Softroboter erkennt eigene Defekte und heilt sich selbst
Eine Roboterhaut, die sich selbst heilt, ist das Ziel von Forschern der Cornell University. Dazu muss ein Roboter aber erkennen, ob und wo ein Schaden besteht.
Der Seestern-förmige Softroboter kann Verletzungen erkennen und sich selbst heilen.
(Bild: Cornell University (Screenshot))
Ein Forschungsteam der Cornell University hat einen Softroboter entwickelt, der selbstständig erkennen kann, dass er beschädigt worden ist und an welcher Stelle. Dazu nutzen die Wissenschaftler faseroptische Sensoren mit LEDs. Danach beseitigt der Roboter den erkannten Schaden auch gleich selbst.
Je länger Roboter in Betrieb sind, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie einen Defekt erleiden. Entsprechend sollte ein Roboter einen Schaden möglichst schnell erkennen und ihn selbst beheben können, beschreiben die Forscher in ihrem in Science Advances veröffentlichten wissenschaftlichen Paper "Autonomous self-healing optical sensors for damage intelligent soft-bodied systems" das Forschungsziel.
Zur Erkennung von Defekten haben sie einen selbstheilenden Lichtleiter für dynamische Sensorik (self-healing light guides for dynamic sensing – SHeaLDS) entwickelt. Dabei handelt es sich um faseroptische Sensoren, die mit LEDs gekoppelt sind. Mit ihnen können kleinste Veränderungen, wie etwa Schäden, auf einer Oberfläche erkannt werden.
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Die Technik haben die Wissenschaftler in einen kleinen vierbeinigen, Seestern-förmigen, weichen Roboter eingebaut, dessen Körper teilweise aus einem Polyurethan-Harnstoff-Elastomer besteht, das Wasserstoffbrücken enthält, die dem Material bei Raumtemperatur die Fähigkeit zur Selbstheilung verschaffen und ihm zugleich eine gewisse Festigkeit verleihen.
Schnelle Selbstheilung
Die Forscher stachen in einem Experiment mehrfach durch die Beine des Softroboters, die Schäden wurden von dem Sensor erkannt, der Schaden innerhalb einer Minute beseitigt. Dadurch, dass mit dem Sensor auch die Position der Schadenstelle erfasst werden kann, konnte der Roboter darauf reagieren und seine Beinbewegung über eine Ansteuerungselektronik entsprechend anpassen.
Das verwendete Elastomer des Softroboters hat "ähnliche Eigenschaften wie menschliches Fleisch", sagt Rob Shepherd, Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik und Leiter der Forschungsarbeiten. Das Material sei zwar robust, bestimmte Schäden, wie etwa Verbrennungen oder Verätzungen durch Säure und Hitze heilen dagegen weniger gut. Das liege daran, dass sich dadurch die chemischen Eigenschaften des Elastomers verändern. Die Heilung von Schnitt- und Durchstoßschäden verläuft jedoch recht schnell.
Die Wissenschaftler wollen mit den ermutigenden Forschungsergebnissen nun eine selbstheilende Roboterhaut entwickeln, die eine taktile Rückkopplung besitzt. Dazu will das Team SHeaLDS und Algorithmen des maschinellen Lernens miteinander kombinieren. Im Ergebnis soll so ein ausdauernder Roboter mit selbstheilender Haut geschaffen werden, der seine Umgebung ertasten kann und vielfältig einsetzbar ist.
(olb)