Weitsprungroboter mit Angelschnur-Muskel hüpft sehr weit
Insektengroße Roboter könnten im Schwarm zerstörungsfrei Daten auf Agrarflächen sammeln. Dazu müssen die Roboter in schwierigen Geländeformationen weit hüpfen.
Der Roboter ist gerade mal 12 mm groß, hüpft aber sehr weit.
(Bild: University of Illinois)
Ein Ingenieursteam der University of Illinois hat einen insektengroßen Roboter entwickelt, der etwa das 60-fache seiner Körperlänge weit springen kann. Angetrieben wird der Roboter von einer Angelschnur, die als künstlicher Muskel eingesetzt wird.
In der Studie "Miniature soft jumping robots made by additive manufacturing", die im Fachmagazin Smart Materials and Structures veröffentlicht ist, untersuchten die Wissenschaftler die Weitsprungbewegung von 3D-gedruckten, insektengroßen Robotern. Die Studie ist die erste, die sich mit diesem Thema auseinandersetzt. Sie geht unter anderem der Frage nach, ob es möglich ist, dass solche kleinen Roboter schwierige Geländeformationen überwinden können, um etwa Untersuchungen an Orten vorzunehmen, die Drohnen nicht erreichen können.
Empfohlener redaktioneller Inhalt
Mit Ihrer Zustimmmung wird hier ein externes YouTube-Video (Google Ireland Limited) geladen.
Ich bin damit einverstanden, dass mir externe Inhalte angezeigt werden. Damit können personenbezogene Daten an Drittplattformen (Google Ireland Limited) übermittelt werden. Mehr dazu in unserer Datenschutzerklärung.
"Das ist bedeutsam, weil es dem Roboter eine geplante Mobilität verleiht, bei der er nun von A nach B springen und dabei ein Gelände durchqueren kann, das rauer ist als seine eigene Größe", sagt Professor Sameh Tawfick, der zugleich Leiter der Studie ist. Bisher hätten eingeschränkte Herstellungsprozesse sowie die begrenzte Verfügbarkeit von Materialien und Miniaturaktuatoren dafür gesorgt, dass keine insektengroßen Roboter gebaut werden konnten, die eine außerordentlich hohe Sprungleistung aufweisen. Das Team musste die nötigen Herstellungsprozesse sowie den Muskelaktuator erst entwickeln.
Muskel aus Angelschnur
Der Sprungmechanismus ist von einer Heuschrecke inspiriert. Das Wissenschaftsteam baute dazu einen künstlichen Muskel, der aus einer aufgerollten, wärmebehandelten Nylon-Angelschnur besteht. Der Muskel ist in einem leichten Körper aus Elastomer eingebettet. Die Forscher entwickelten zuvor Maschinen, um diese Miniaturspulen überhaupt herstellen zu können.
Insgesamt 108 Iterationen des in einem additiven Verfahren hergestellten Roboters entwickelten und testeten die Wissenschaftler. Der kleinste Roboter hatte eine Größe von knapp 12 mm und eine Masse von lediglich 0,216 g. Er konnte das 60-fache seiner eigenen Körpergröße in horizontaler Richtung springen.
Eingesetzt werden könnte der insektenartige Roboter dort, wo man biologische Heuschrecken auf keinen Fall haben möchte: auf landwirtschaftlich genutzten Agrarflächen. Solche Roboter könnten mit Sensoren ausgestattet werden, die Umweltdaten sammeln können, um etwa die genutzten landwirtschaftlichen Flächen zerstörungsfrei zu untersuchen und den Acker auf Grundlage der Daten später instand zu halten. Die Daten könnten sie erfassen, sobald sie eine Pflanze berühren, so die Vorstellung der Forscher.
"Diese Roboter können Orte erreichen, die Drohnen derzeit nicht erreichen können", erklärt Tawfick über die möglichen Fähigkeiten des Roboters, Daten über Pflanzen zu sammeln. "Sie können kostengünstig in Massenproduktion hergestellt werden, was ihnen einen großen Nutzen für die Erfassung als Flotte verleiht."
Weitere Forschungsarbeit
Die Ingenieure wollen in einem nächsten Schritt die Effizienz der Sprünge sowie deren Bewegungsplanung optimieren. Dadurch soll erreicht werden, dass die Batterie maximal lange hält und der Roboter sein Ziel schnellstmöglich erreicht. Zusätzlich wollen die Forscher Unsicherheitsfaktoren untersuchen, die durch die Sprungbewegung entstehen.
"Unser Traum für die Zukunft ist es, eine kleine Mission zu haben, bei der der Roboter mehrere Sprünge ausführt, bis er ein Ziel erreicht", sagt Tawfick. "Damit könnten wir seine Fähigkeit testen, zu einem bestimmten Punkt zu hüpfen, Bilder zu sammeln und zum Ausgangspunkt zurückzukehren."
Auch sei es möglich, dass andere Wissenschaftler das zugrundeliegende theoretische Modell aus der Studie nutzen können, um eigene Entwicklungen für einen Weitsprungroboter voranzutreiben.
(olb)