Raupen und andere weiche Organismen als Vorbild für Roboter

Wenn man an Roboter denkt, stellt man sie sich normalerweise in harten Körpern aus Metall oder Plastik vor. So werden sie in aller Regel auch gebaut – und unterscheiden sich dadurch von vielen biologischen Systemen, die bislang wesentlicher beweglicher und flexibler sind. Lebewesen bestehen, sieht man von gepanzerten Organismen ab, in aller Regel aus einer Mischung aus festen und weichen Strukturen, wobei die weichen oder elastischen Strukturen überwiegen. US-Wissenschaftler von der Tufts University haben nun mit einem Forschungsvorhaben begonnen, Roboter mit weichen Körpern zu entwickeln. Unterstützt wird es mit 730.000 US-Dollar von der Keck Foundation.

Das multidisziplinäre Projekt Biomimetische Techniken für Roboter mit weichen Körpern wird von dem Biologieprofessor Barry Trimmer und David Kaplan, Professor für biomedizinische Technik, geleitet und soll Biologie, Biotechnik und Mikro- bzw. Nano-Fertigung verbinden. Im Gegensatz zu den herkömmlichen steifen Robotern könnten solche teilweise oder ganz weichen Körper aus biologischen Materialien und mit adaptiven Mechanismen für viele Aufgaben unter schwierigen Bedingungen eingesetzt werden. Die Wissenschaftler denken an die Reparatur von Raumschiffen, die Bewegung in Pipelines oder Blutgefäßen, die Ausführung von sichereren chirurgischen Eingriffen, die Herstellung von Prothesen oder die Arbeit in gefährlichen Umgebungen.

Die Unterscheidung zwischen den bislang von Menschen erzeugten Objekten und den biologischen Systemen wird laut den Wissenschaftlern zudem meist schon aufgrund der unterschiedlichen Materialien gemacht. Und die Unterschiede seien erheblich: "Viele Maschinen enthalten flexible Materialien an ihren Gelenken und können unglaublich schnell sein", sagt Trimmer. "Aber es gibt gegenwärtig keine Technik, die an die Leistung eines Tiers herankommen kann, das sich durch ein natürliches Terrain bewegt." Nach Trimmer haben die meisten Organismen – zumindest zeitweise – nur weiche hydrostatische "Skelette", sodass sie kriechen können, ohne in der Bewegung von Gelenken behindert zu werden. Sie können sich "mit praktisch unbegrenzter Freiheit" krümmen, sich zusammen ziehen und rotieren.

Vorbilder für das Projekt sind beispielsweise Raupen, deren Bewegung und neuronale Steuerung Trimmer schon länger erforscht. Kaplan hat sich bislang mit der Herstellung von Biopolymeren beschäftigt und erforscht, wie Spinnen oder Seidenraupen ihre Netze und Kokons aus flexiblen, aber äußerst belastungsfähigen Fäden knüpfen. Kaplan sagt, es habe zwar große Fortschritte bei der Entwicklung von weichen Materialen, beispielsweise für Spielzeuge oder Tastaturen, gegeben, aber nicht in der Herstellung von weichen Dingen, "die sich bewegen und genau gesteuert werden können. Das ist genau der Grund, warum sich Roboter gegenwärtig wie Roboter und nicht wie lebensähnliche Tiere bewegen".

Die Wissenschaftler haben jedenfalls Großes vor. Sie wollen Roboter entwickeln, die sich kontinuierlich verformen und sich zu kleinen Volumen zusammenballen können. Sie sollen wie Raupen auf strukturieren Oberflächen hochklettern, an Drähten oder Seilen entlang krabbeln oder sich in komplexe enge Räumen hineinquetschen können. (fr)