Forscher bauen Froschroboter mit Verbrennungsantrieb
Statt eines Elektromotors benutzen Forscher einen Aktuator auf Grundlage von Verbrennungstechnik, um ihren Roboterfrosch zum Hüpfen zu bringen.
Eine Verbrennung von Methandampf und Sauerstoff bringt den Roboter zum Hüpfen.
(Bild: Cornell University)
Maschinenbauingenieure der Cornell University und des Technicon-Israel Institute of Technology haben gemeinsam einen kleinen Froschroboter entwickelt, der durch Verbrennung von Methandampf und Sauerstoff angetrieben wird. Die bei der Verbrennung entstehenden Explosionen lassen den Roboter hüpfen oder gezielt vorwärtsbewegen.
Die zunehmende Miniaturisierung von Robotern habe dazu geführt, dass Batterie-Antriebe an ihre Grenzen gelangen, begründen die Wissenschaftler ihre Forschungsarbeit "Powerful, soft combustion actuators for insect-scale robots", die in Science veröffentlicht ist. Im Mittelpunkt ihrer Arbeit an einem hüpfenden Roboter steht ein Aktuator, der auf Verbrennungstechnik basiert.
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Die Forschenden haben dazu eine winzige Verbrennungskammer entwickelt, in der über einen Zündmechanismus Methandampf und Sauerstoff zur Explosion gebracht wird. Ähnlich wie bei einem Verbrennungsmotor wirkt die dabei entstehende Kraft auf eine Gummischicht wie ein Kolben. Bei der Verbrennung entstehen jedoch keine Flammen, die das Gummi beschädigen oder verbrennen lassen könnten. Tests haben ergeben, dass das Gummi mit einer Kraft von 9,5 Newton herausgedrückt wird. Eine Pumpe sorgt zusammen mit dem Zünder dafür, dass sich der Kolben bis etwa 100-mal pro Sekunde auf- und abwärts bewegen kann. Der Antrieb wiegt gerade mal 325 mg. Vier davon lassen sich auf einer Cent-Münze unterbringen.
Hohe Sprungkraft
Vier dieser Antriebe kombinierten die Wissenschaftler und bauten sie in einen vierbeinigen, froschähnlichen Roboter ein. Sie benutzten die kombinierten Antriebe, um damit die vier Füße durch die Gummi-Kolben explosionsartig anzutreiben. Der Roboter ist dadurch in der Lage zu springen, wenn beide Antriebe zugleich gezündet werden. Das klappt bis zu 56 cm hoch, der Roboter selbst ist etwa 12 mm hoch. Bei abwechselnder Zündung wird dagegen eine laufähnliche Bewegung erzeugt. Auch Richtungsänderungen können durch eine gezielte Ansteuerung der Aktuatoren erreicht werden. Der Roboter kann dabei etwa das 22-fache seines eigenen Gewichtes als Zuladung transportieren. Das entspricht rund 36 g.
Angesteuert wird das System über ein Arduino-Board, das die notwendige Zündspannung und den Zufluss des Treibstoffs kontrolliert. Die Wissenschaftler geben an, dass noch alle beteiligten Komponenten miniaturisiert werden müssen. Denn noch sind das Kraftstoffsystem, der Tank und die Spannungsquelle für den Funkengenerator extern untergebracht. Die Forscher sehen ihr Konzept als einen Ansatz an, winzige Roboter antreiben zu können.
(olb)