CurveQuad: Mini-Roboter läuft durch Origami-Technik mit nur einem Motor
Antriebe von Mini-Roboter sollten möglichst einfach sein, um kompakte, stromsparende Roboter bauen zu können. CurveQuad nutzt nur ein einzelnes Servo dafür.
(Bild: Sung Robotics Group)
Wissenschaftler der Abteilung Maschinenbau und Angewandte Mechanik (MEAM) der School of Engineering and Applied Science haben es sich zur Aufgabe gemacht, die laufende Fortbewegung eines Miniroboters mit lediglich einem Motor zu realisieren. Die Forscher griffen dabei auf die Falttechnik Origami für den Antrieb zurück.
Kleine, nur wenige zentimetergroße Roboter, die in kleinste Lücken vorstoßen und etwa in Katastrophengebieten Search-and-Rescue-Aufgaben erfüllen, müssen sich flexibel fortbewegen können. Zugleich soll die Technik aber möglichst einfach ausfallen, um einen geringen Stromverbrauch zu erzielen und eine kompakte Konstruktion zu ermöglichen. Der Roboter CurveQuad, den die Wissenschaftler in der Studie "CurveQuad: A centimeter-scale origami quadruped that leverages curved creases to self-fold and crawl with one motor" (PDF), die in Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (2023) erschienen ist, verwendet nur einen Motor, um sich ducken, aufrichten und kriechen zu können sowie lenkbar zu sein.
Fortbewegung mit Origami-Technik
Um das zu erreichen, nutzen die Forschenden die Papierfalttechnik Origami. Der Fortbewegungsapparat besteht aus einem speziell gefalteten, dünnen Kunststoffmaterial, das von nur einem einzelnen Servo über eine Mechanik angesteuert wird. Die Falten sind allerdings nicht gerade ausgeführt, sondern leicht gekrümmt. Dadurch erhält die Technik besondere mechanische Eigenschaften: Die Biegung der Platten speichert Energie, die kontrolliert abgerufen werden kann und reversible, komplexe Bewegungen mit nur einem Aktuator ermöglicht.
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"Der Roboter ist dazu in der Lage, weil er gebogene Falten verwendet", sagt Sung, der auch Mitglied des Penn's General Robotics, Automation, Sensing and Perception (GRASP) Lab ist. "Da er einfach und damit relativ billig ist, stellen wir uns vor, dass ähnliche Konstruktionen in Zukunft für den schnellen Einsatz von Roboterschwärmen hergestellt werden können, die für Dollar oder möglicherweise sogar Cent pro Roboter produziert werden könnten".
CurveQuad ist 8 cm lang und wiegt gerade mal 11 Gramm. Damit fällt er für einen motorbasierten Laufroboter sehr klein und leicht aus. Dafür kann er sich vielfältig fortbewegen, wie das Video zeigt. Zudem lässt er sich dabei in die gewünschte Richtung lenken.
Die Forscher testeten den Roboter, indem sie ihn aus verschiedenen Startpositionen und in unterschiedlicher Ausrichtung auf eine Lichtquelle zulaufen ließen. Das wiederholte das Wissenschaftsteam mit vier Robotern, um so zu demonstrieren, dass sie auch im Schwarm agieren können, ohne miteinander zu kollidieren. Im Ergebnis konnten alle CurveQuad-Roboter mit ihrem Origami-Bewegungsapparat das Ziel genau ansteuern.
Weitere Forschung
Das Forschungsteam will nun untersuchen, wie solche Roboter in unübersichtlichen Umgebungen, etwa für Rettungsaufgaben, eingesetzt werden können.
"Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie bringen eine Kiste mit flachen, zusammengeklappten Robotern irgendwohin, lassen sie alle zum Erkunden oder Ertasten herumlaufen, und packen sie dann wieder flach in die Kiste, um sie bis zum nächsten Einsatz zu verstauen. Wir arbeiten derzeit an einer zweiten Version dieses Roboters mit vollständig integrierter Elektronik, damit wir diese Fähigkeit demonstrieren können."
(olb)