Falten und walten

Fragt man sie, was sie sich unter einem Roboter vorstellen, werden die meisten Menschen ein menschenähnliches Maschinenwesen beschreiben. Roboter, die versuchen, die Konventionen des Humanoiden in der realen Welt möglichst perfekt nachzuahmen, schränken jedoch ihre mögliche Universalität ein. Heute scheitert beispielsweise ein komplexer Roboterarm, der in der Lage ist, einen Baseball zu greifen und zu werfen, bereits an der Aufgabe, ein Spiegelei zu braten.

Wenn es unendlich viele verschiedene Aufgaben gibt, braucht es dann unendlich viele robotische Kombinationen, um sie zu erledigen? Vor zehn Jahren durchfuhr Jamie Paik, Robotik-Professorin an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne, ein Geistesblitz, dass es nämlich bereits seit sehr langer Zeit eine flexible und vielseitige Designplattform gibt, auf der man eine immer gleiche Grundkomponente verwenden kann, um viele verschiedene und spezifische Formen zu erstellen: Origami. Mathematiker haben bewiesen, dass jede 3D-Form durch das Falten von 2D-Flächen hergestellt werden kann.

Ihren ersten Origami-Roboter nannte sie Robogami. Es war ein einfaches, flaches Wesen, das sich durch Faltungen in eine Pyramide und zurück in ein flaches Blech und dann in die Papierflieger-ähnliche Kontur eines Spaceshuttles verwandeln konnte. Aktueller Stand der Technik sind winzige, 10 Gramm leichte, von Ameisen inspirierte Roboter, die miteinander kommunizieren, einander Rollen zuweisen und komplexe Aufgaben gemeinsam erledigen können.

Diese umkonfigurierbaren Roboter sind weiterhin einfach aufgebaut, können jedoch unter anderem springen und kriechen, um verschiedenartige Oberflächen zu erkunden. Als Individuen haben Ameisen nur beschränkte Kraft und Intelligenz. Als kollaborierende Kolonie können sie jedoch komplexe Strategien anwenden, um auch anspruchsvollen Aufgaben gerecht zu werden. Gemeinsam können die Maschinchen Hindernisse schnell erkennen und überwinden und Objekte bewegen, die viel größer und schwerer sind als sie selbst.

Paik nennt die neuen dreibeinigen, T-förmigen Origami-Roboter Tribots. Sie können in nur wenigen Minuten durch Falten eines Stapels spezieller, dünner Leiterplatten zusammengesetzt werden, wodurch sie auch für eine Massenproduktion geeignet sind. Die Tribots sind völlig autonom. Sie sind mit Infrarot- und Näherungssensoren für Erkennungs- und Kommunikationszwecke ausgestattet und könnten je nach Anwendung noch weitere Sensoren aufnehmen. "Ihre Bewegungen sind denen der Schnappkiefer-Ameisen (Odontomachus) nachempfunden", erläutert Zhenishbek Zhakypov aus dem Paik-Team. "Diese Insekten kriechen normalerweise, aber um einem Raubtier zu entkommen, beißen sie ihre mächtigen Kiefer zusammen, um von Blatt zu Blatt zu springen." Tribots replizieren diesen Katapultmechanismus durch ein elegantes Origami-Design, das mehrere Stellantriebe aus Memorymetallen miteinander kombiniert.

Trotz identischer Anatomie wird jedem Roboter je nach Situation eine bestimmte Rolle zugewiesen. "Entdecker" erkennen auf ihrem Weg Hindernisse wie Objekte, Berge und Senken. Nachdem sie ein Hindernis entdeckt haben, informieren die Vorauskommandos den Rest der Gruppe, worauf der "Anführer" Anweisungen erteilt. Währenddessen bündeln "Arbeiter" ihre Kräfte, um Objekte zu bewegen. "Jeder Tribot kann sofort neue Rollen übernehmen, wenn er sich einer neuen Mission oder einer unbekannten Umgebung gegenübersieht oder wenn andere Mitglieder verloren gehen", sagt Paik. "Das geht über das hinaus, was die Ameisen können". In der Praxis, etwa bei einer großangelegten Suche, könnten Tribots massenhaft eingesetzt werden. Dank ihrer Kommunikationsfähigkeit könnten sie ein Ziel schnell orten, ohne sich auf GPS oder visuelles Feedback verlassen zu müssen. Da sie in großen Stückzahlen hergestellt werden können, würden Verluste den Erfolg der Mission nichbeeinträchtigen. "Für bestimmte Einsatzzwecke würden sie damit größere, leistungsstärkere Roboter übertreffen", resümiert die Forscherin.

Mit Robogamis ist haptische Kommunikation greifbarer als jemals zuvor. Die Schnittstelle wäre etwas wie ein faltbarer Joystick, der an einer Handyhülle angebracht wird. Durch die direkte Verbindung mit einem Mobiltelefon kann er als Seismometer verwendet werden, der auf unsere täglichen Aktivitäten wie Online-Lernen oder Einkaufen reagieren kann. So ließen sich die verschiedenen Organe in einem Anatomieatlas ebenso ertasten lassen wie geografische Merkmale auf einer Karte oder Härte und Reifegrad verschiedener Käsesorten und Früchte. Frei umkonfigurierbare Roboter sind vielversprechend. Sie sehen zwar nicht mehr aus wie die Roboter aus Hollywoodfilmen, aber stattdessen werden sie überall um uns herum sein und ihre Form und Funktion kontinuierlich anpassen – und wir werden es womöglich nicht einmal bemerken.

(bsc)