Leafbot: Softroboter bewegt sich nur durch Vibrationen fort
Eine komplizierte Bewegungssteuerung braucht der Leafbot nicht. Er wird lediglich von einem Vibrationsmotor angetrieben. Die Beine sind aus Silikon.
Der Leafbot ĂĽberwindet ein Hindernis. Angetrieben wird er durch Vibration.
(Bild: JAIST (Screenshot))
Wissenschaftler des Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) haben einen Softroboter mit der Bezeichnung Leafbot entwickelt, der lediglich von einem einzelnen Vibrationsmotor in Schwingungen versetzt wird und sich dadurch auch in schwierigem Gelände fortbewegen kann. Eine komplexe Steuerung benötigt der Roboter dafür nicht.
Der Körper des Leafbot besteht aus einem weichen, monolithischen Silikongummi mit eigearbeiteten gekrümmten Vorsprüngen als Beine. Sie sollen dem Roboter das Vorankommen auf glatten und unebenen Flächen durch ihre hakenförmige Struktur erleichtern.
Als Antrieb nutzen die Forscher einen Vibrationsmotor, der Vibrationen so auf den Körper überträgt, dass sich die Beine verformen und zusammen mit Zentripetalkräften und asymmetrischen Reibungsinteraktionen eine Fortbewegung erzeugen. Dazu entwarfen die Wissenschaftler des JAIST ein analytisches Modell, das alle Faktoren berücksichtigte, um eine krabbelartige Bewegung zu erzeugen.
Veröffentlicht haben die Wissenschaftler ihre Forschungsergebnisse in der Studie "Terradynamics of Monolithic Soft Robot Driven by Vibration Mechanism", die in IEEE Transactions on Robotics erschienen ist.
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Die Wissenschaftler nutzten weitere Analysesimulationen, um ein Verständnis dafür zu bekommen, wie die weiche Struktur des Körpers mit unterschiedlichen Untergründen interagiert.
"Unser Ziel war es, zu analysieren, wie die Morphologie die Fortbewegung beeinflusst. Die experimentellen Ergebnisse bestätigten unsere Vorhersagen und zeigten, wie bestimmte Gliedmaßenmuster die Leistung von Leafbot in schwierigen Landschaften optimieren", sagt Van Anh Ho, Leiter des Ho Lab.
Effektive Beinkonfiguration
Um die optimale Gliedmaßenkonfiguration zu ermitteln, erstellten die Forscher drei Robotermodelle mit unterschiedlich gekrümmten Beinen. Diese Modelle überprüften sie in Simulationen und an einem realen Roboter, um deren Leistungsfähigkeit in verschiedenen Umgebungen herauszufinden. Darunter befanden sich etwa Steigungen, Abhänge sowie kleine kreisförmige Hindernisse und Stufen. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Krümmung der Gliedmaßen eine wesentliche Rolle bei der Fortbewegung spielt und ermittelten durch theoretische Modellierung und experimentelle Validierung ein optimales effektives Bein-Design, das auch skaliert werden kann. Mithilfe der Beine kann der Roboter Steigungen bis zu 30 Grad sowie kleine Hindernisse überwinden.
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"Im Gegensatz zu starren Robotern, die auf eine präzise Betätigung angewiesen sind, ermöglicht die Anpassungsfähigkeit von Leafbot eine Selbstjustierung über verschiedene Oberflächen hinweg. Diese Fähigkeit macht ihn besonders nützlich für Anwendungen, die Mobilität in engen und unebenen Räumen erfordern", erklärt Mitautor Linh Viet Nguyen, Doktorand am JAIST.
Als Einsatzgebiete des Roboters sehen die Wissenschaftler des JAIST Inspektionsarbeiten auf engem Raum, wie in Rohren oder Schächten sowie industrielle Anwendungen. Darüber hinaus sei auch der Einsatz in Katastrophengebieten und der Landwirtschaft denkbar, dort etwa für Bodenanalysen oder Ernteinspektionen.
(olb)
