Roboter-Wasserläufer bewegt sich mittels dünner Folie übers Wasser
Zwei Roboterprototypen sollen sich ähnlich wie Wasseräufer bewegen. Sie nutzen eine dünne Folie, die sie über Wasser hält.
Eine dünne Folie auf der Wasseroberfläche unter dem Roboter sorgt für den Auftrieb.
(Bild: University of Virginia/Screenshot)
Forscher der School of Engineering and Applied Science der University of Virginia haben zwei kleine, insektenartige Roboter entwickelt, die sich über Wasser und andere Flüssigkeiten bewegen können, ohne dabei unterzugehen. Dabei kommen ultradünne, flexible Folien zum Einsatz, die den Roboter-Wasserläufern den nötigen Auftrieb verschaffen.
Biologische Wasserläufer nutzen die Oberflächenspannung des Wassers aus, die durch anziehende Kräfte der Wassermoleküle an der Oberfläche entsteht und eine Art unsichtbare, elastische Haut bildet. Das Insekt besitzt zudem wasserabweisende, behaarte Beine, die es ihm ermöglichen, das eigene Körpergewicht auf eine größere Fläche zu verteilen. Dadurch wird verhindert, dass es untergeht. Die mittleren Beine nutzt der Wasserläufer für den Vortrieb, die hinteren Beine dienen zur Richtungssteuerung.
Die Wissenschaftler der University of Virginia haben dieses Prinzip nachgeahmt, wie sie in der Studie "Processing soft thin films on liquid surface for seamless creation of on-liquid walkable devices" beschreiben, die in Science Advances erschienen ist. Allerdings nutzen sie dazu nicht die natürliche Oberflächenspannung des Wassers, sondern lassen ihre beiden Roboter HydroFlexor und HydroBuckler sich auf extrem dünnen Folien auf unterschiedliche Weise fortbewegen. Der Hydro-Flexor nutzt flossenartige Bewegungen zur Fortbewegung, der HydroBuckler läuft durch eine buckelnde Bewegung übers Wasser.
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Die dazu nötige Folie lässt sich allerdings nicht so einfach fertigen. Herkömmlicherweise werden ultradünne, flexible Folien auf Glas hergestellt. Bei der Übertragung auf das Wasser können diese Folien jedoch leicht reißen.
Fortbewegung mit ultradünner Folie
Die Forscher haben deshalb eine eigene Hydro-Spread-Technik entwickelt, mit der die Folie direkt auf der Wasseroberfläche erzeugt werden kann. Dazu wird eine flüssige Polymertinte auf die Wasseroberfläche aufgebracht. Diese breitet sich dort aus und bildet einen extrem dünnen, zusammenhängenden Film. Den Film schneiden die Forscher dann mit einem Laser anhand der Konturen der Beine und des Roboterkörpers zurecht.
Der Roboter steht auf diesem Film und kann sich so auf dem Wasser fortbewegen. Das funktioniert dadurch, dass der Film zweischichtig ausgeführt ist. Da sich die beiden Schichten bei Erwärmung unterschiedlich stark ausdehnen, wellt sich die Folie. Durch herbeigeführte Temperaturänderungen mittels Infrarotlicht können Bewegungen erzeugt werden, die die Roboterinsekten vorantreiben und ihnen zusätzlich Richtungsänderungen ermöglichen.
Die Wissenschaftler halten den Einsatz der Technik in unterschiedlichen weichen Robotern in Wasserumgebungen für möglich. Die Roboter könnten dort etwa eingesetzt werden, um die Wasserqualität oder andere Umweltdaten zu überwachen. Denkbar sei auch der Einsatz bei Search&Rescue-Einsätzen.
(olb)
