StarBlocks: Soft-Roboter-Module bilden neue Strukturen
Einzelne bewegliche Module können sich zu größeren Roboterstrukturen zusammenfinden, um vielfältige Aufgaben zu übernehmen.
Einzelne StarBlocks bilden zusammen eine Kette, die einen Ball transportieren kann.
(Bild: Darthmouth College (Screenshot))
Ein Wissenschaftsteam des Darthmouth College hat weiche, veränderbare Robotermodule mit der Bezeichnung "StarBlocks" entwickelt, die zusammengefügt werden können, um neue Strukturen mit neuen Funktionalitäten zu bilden. Die dabei entstehenden Soft-Roboter können dann etwa Gewichte tragen, sich bewegen, Objekte greifen und Lasten transportieren.
Die von den Wissenschaftlern entwickelten Modulblöcke können je nach Anwendungsgebiet eine dem Einsatzzweck entsprechende Form annehmen, schreiben die Forschenden in der Studie "StarBlocks: Soft Actuated Self-Connecting Blocks for Building Deformable Lattice Structures", der in IEEE Robotics and Automation Letters veröffentlicht ist. Zum Vorbild genommen haben sich die Wissenschaftler Ameisen, die in bestimmten Situationen etwa kooperativ Brücken aus ihren Körpern bauen können oder sich zu wasserdichten Flößen zusammenschließen.
"Wir wollten Roboterblöcke entwerfen, die sich wie die Ameisen auf unterschiedliche Weise zusammenschließen können, um verschiedene Funktionen zu erfüllen", sagt Luyang Zhao, Doktorand der Informatik an der Guarini School of Graduate and Advanced Studies und einer der an der Studie beteiligten Forscher.
Dabei herausgekommen ist ein Modul, das über ein sternförmiges Skelett verfügt. Hergestellt wurde es im 3D-Druckverfahren aus einem Material, das die Eigenschaften von Kunststoff und Gummi miteinander vereint. Es ist leicht und dehnbar.
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In dem Skelett sind mechanische Muskeln in Form von Federn integriert. Sie bestehen aus einer speziellen Legierung, die sich durch elektrische Erwärmung verformen lässt und beim Erkalten sofort wieder in ihre Ausgangsform zurückkehrt. Sie bewegen die Struktur des Skeletts so, dass der Block seine Form und Größe ändern sowie sich bewegen kann. Die einzelnen StarBlocks können dann mittels Magneten an den Ecken miteinander verbunden werden.
Neue Roboterstrukturen aus beweglichen Blöcken
Die Forscher testeten das Konzept aus, indem sie aus den StarBlocks eine Vielzahl unterschiedlicher Strukturen zusammensetzten. Darunter befand sich etwa ein kuppelförmiges Zelt, ein rollendes Rad und ein vierbeiniger Roboterhund, der verschiedene Gangarten ausführen kann. Darüber hinaus erstellten die Forscher einen Roboterarm, der in der Lage war, kleinere Objekte zu greifen und zu verschieben. Zusätzlich formten sie eine Kette, die eine wellenartige Bewegung erzeugen konnte, um so einen Ball zu transportieren.
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Die einzelnen Module können sich selbst zu Strukturen zusammenschließen, wie die Forscher berichten. Durch eine computergestützte Auswertung der Position der einzelnen Blöcke über eine Kamera, konnten die einzelnen StarBlocks dazu veranlasst werden, sich aufeinander zuzubewegen und sich miteinander zu verbinden.
Nach Angaben der Forscher sei es das erste modulare System seiner Art, das neu konfiguriert werden kann und sich flexibel einsetzen lässt, um unterschiedliche Aufgaben zu erfüllen. "Diese Aufgaben umfassen sowohl Fortbewegung als auch Manipulation, was ebenfalls sehr ungewöhnlich ist", sagt Devin Balkcom, Professor für Informatik am Darthmouth College.
Die Roboter, die aus den Modulen entstehen, würden dabei die Vorteile verschiedener Systeme in sich vereinen. So macht sie ihre Modularität vielseitig und einfach reparierbar. Darüber hinaus kombinieren sie die Flexibilität von weichen Robotern mit den strukturellen Fähigkeiten fester Blöcke.
(olb)
