Individuell 3D-gedruckte Roboterschwärme für Minenräumung und Rettungseinsätze
Je nach Einsatzzweck wollen Wissenschaftler robuste Schwarmroboter in großem Stil On-Demand ausdrucken. Das ist bereits gelungen.
Der schnell ausdruckbare Prototyp eines robusten Schwarmroboters.
(Bild: Nitin Sanket)
Markus Nemitz, Assistenzprofessor an der Tufts University, hat eine Vision: Er will Roboter mit einem 3D-Drucker für ihren speziellen Einsatzbereich passend ausdrucken. Die Roboter sollen dann in Schwärmen gemeinsam ihre Aufgaben erfüllen und etwa dabei helfen, Landminen zu räumen, Rettungseinsätze durchzuführen, landwirtschaftliche Schädlinge zu bekämpfen oder die Umwelt zu überwachen. Die weichen Roboter sind dabei so konzipiert, dass sie nahezu unkaputtbar sind.
Nemitz beschäftigt sich bereits seit mehreren Jahren mit Schwarmrobotik. Das Problem dabei: Es gibt keine verfügbaren realen Roboterschwärme bestehend aus hunderten oder tausenden Robotern, mit denen Algorithmen der Schwarmintelligenz getestet werden können. Forscher behelfen sich meist damit, ihre Schwarm-Algorithmen in Simulationen zu testen. Nemitz hat nach einer Methode gesucht, möglichst viele physische Roboter in möglichst kurzer Zeit kostengünstig und speziell anpassbar an den angedachten Einsatzzweck zu produzieren.
Nemitz, sein Doktorandenkollege Cem Aygül und weitere Forscher haben nun einen robusten Roboter entworfen, der in wenigen Stunden in fast einem Rutsch mit einem 3D-Drucker erstellt werden kann, wie sie in "A framework for soft mechanism driven robots" schreiben, der in Nature Communications erschienen ist. Damit schlagen die Wissenschaftler gleich zwei Fliegen mit einer Klappe: Sie verkürzen bei der Verwendung mehrerer 3D-Drucker die Herstellungszeit und reduzieren zugleich die Kosten.
Robuster, weicher Roboter
Der Roboter, den die Forscher entwickelt haben, besteht aus halbweichen Gliedern und weichen Gelenken. Die Konstruktion ähnelt dem Aufbau der Gliedmaßenstruktur von Säugetieren und Reptilien. Knochenstrukturen werden dabei durch weichere, mit Knorpel ausgekleidete Elemente verbunden. Die Vorteile dieser Konstruktion sind, dass die Gelenke ein größeres Bewegungsspiel haben, das über die Rotationsebene hinausreicht. Der Roboter kann sich in unwegsamen Gelände außerdem physisch besser an die Oberfläche anpassen, ohne dabei komplizierte Bewegungsmuster vollführen zu müssen. Der Roboter ist zusätzlich deutlich robuster.
Nemitz sagt, dass man ihren Roboter auch aus einem Hubschrauber fallen oder von einem Auto überfahren lassen könne, er würde "trotzdem aufstehen und weiterlaufen". Damit seien die Voraussetzungen geschaffen, um widerstandsfähige Roboterschwärme umzusetzen, die auch außerhalb des Labors verwendet werden können und "eine hohe Überlebensrate haben".
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Der 3D-Druck der Roboter kann On-Demand erfolgen. Die Materialien unterschiedlicher Festigkeit zur Erstellung härterer und weicherer Skelettstrukturen können die verwendeten 3D-Drucker in einem Druckvorgang auftragen. Die Roboterelektronik wird derzeit noch manuell im Druckprozess eingebaut. Nach Ansicht der Wissenschaftler ließe sich das allerdings auch automatisieren.
Die Roboter können je nach Einsatzzweck individuell angepasst werden, sagt Nimitz. So könne man schnell Roboter mit neuartigen kombinierten Eigenschaften ausdrucken, die sich in verschiedenen komplexen Umgebungen bewegen und etwa Nahrung oder Hilfsgüter transportieren können oder spezielle Sensoren zum Orten von Minen oder biologischen Schädlingen nutzen.
Das Labor von Nemitz arbeitet bereits an entsprechenden Ergänzungen für solche spezifischen Anwendungen, wie etwa die Räumung von Landminen, für Rettungseinsätze und zur Umweltüberwachung.
(olb)
