Seesternroboter krabbelt glatte nasse Steigungen hoch
Wissenschaftler haben ein "Gecko-Pflaster" entwickelt, das einen Seesternroboter auf steilen nassen Oberflächen fortbewegen lässt.
Der Roboterseestern kann sich auch auf nassen Oberflächen fortbewegen.
(Bild: Carnegie Mellon University (Screenshot))
Wissenschaftler der Carnegie Mellon University (CMU) haben einen Seesternroboter, den Gecko Adhesion Based Sea Star (GASS) entwickelt, der wie ein Gecko glatte Oberflächen erklimmen kann, ohne dabei herunterzufallen. Die von ihnen entwickelte Technik mittels Beugungsgitterfilmen funktioniert auf nassen Oberflächen, sodass sich der Roboter auch auf nassen Oberflächen bewegen kann. Einsetzen wollen die Wissenschaftler die Technik aber in der Gesundheitsversorgung.
Geckos können auf verschiedenen senkrechten Oberflächen und sogar über Kopf laufen, ohne dass sie abrutschen und hinunterfallen. Sie haben an ihren Füßen nanofibrilläre Strukturen, die es ihnen ermöglichen, mittels schwacher Van-der-Waals-Kräfte an den Oberflächen anzuhaften, ohne dabei klebrige Spuren zu hinterlassen.
Gecko-Pflaster
Das Wissenschaftsteam der CMU hat auf dieser Basis ein Klebepflaster entwickelt, das diese Anhaftung nachahmen kann, wie sie in dem wissenschaftlichen Paper "Gecko adhesion based sea star crawler robot" beschreiben, der in Frontiers in Robotiocs and AI veröffentlicht ist. Übertragen haben sie die Technik auf einen weichen Roboter in Form eines Seesterns, der dadurch in der Lage ist, auch nasse schräge Oberflächen zu ersteigen.
Die Wissenschaftler stellten das Pflaster in einem mehrstufigen Prozess her. Zwischen zwei Acrylplatten wurde ein Beugungsgitter eingesetzt und als Form genutzt. Ein zweiteiliges, hochfestes und bei Zimmertemperatur vulkanisierendes Silikon wurde in die Form gegossen, Luftblasen im Vakuum durch Entgasen entfernt und bei Raumtemperatur 24 Stunden lang ausgehärtet. Danach wurde es manuell von der Form abgezogen.
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Das so entstandene "Gecko-Pflaster" brachten die Forschenden an den Spitzen der Arme eines fünfgliedrigen, weichen Seesterns auf. Die Kriechbewegung imitierten die Wissenschaftler durch zwei Antriebsarten. Die eine erlaubt dem Roboter das Festhalten und Lösen von einer Oberfläche, die andere dient zu einer ziehenden beziehungsweise schiebenden Fortbewegung. Das Gecko-Pflaster wird dabei pneumatisch betätigt. In einen Aktuator wird Luft hineingepumpt, sodass sich das Pflaster aufbläht und die unter ihm befindliche Oberfläche berührt und sich festhält. Der dabei entstehende Druck reichte aus, dass der Seestern dadurch an verschiedenen Oberflächen fest anhaften konnte. Wird die Luft abgelassen, löst sich das Pflaster wieder von der Oberfläche und der Arm kann bewegt werden.
Kriechbewegung auf steilen nassen Oberflächen
Dazu verwenden die Wissenschaftler einen zweiten Aktuator, der in jedem Arm eingebracht ist. Er besteht aus einem pneumatisch betätigten dehnbaren Zylinder, der mit einem Geflecht aus rostfreiem Stahl umwickelt ist. Das Drahtgeflecht dient dazu, den Radius des Zylinders zu begrenzen. Sobald Luft in den Zylinder fließt, dehnt er sich linear entlang der Achse der Gliedmaße aus, sodass sie sich nach vorn streckt. Durch die Kombination aus dem Strecken, der Anhaftung und dem Lösen bewegt sich der GASS in die gewünschte Richtung.
Die Wissenschaftler testeten die Fortbewegung des kletternden Seesterns auf unterschiedlichen trockenen und nassen Untergründen wie etwa Glas, Acryl und Edelstahl. Dabei stellten sie fest, dass der Roboter in der Lage war, 25 Grad steile Schrägen zu erklimmen und sich statisch an Steigungen bis zu 51 Grad anhaften konnte.
Die Forschenden hoffen, dass mit ihrer Technik Roboter entwickelt werden, die etwa in Krankenhäusern Krankheitserreger auf Oberflächen sammeln und analysieren können. So sollen Infektionen in Krankenhäuser minimiert werden.
Eine weitere Verwendung des Gecko-Pflasters sehen die Wissenschaftler bei Sensoren, die zur Erfassung von Biosignalen wie EKG, EMG und EEG auf die Haut aufgebracht werden und dort haften müssen. Das Gecko-Pflaster habe auf der Haut eine gute Haftbarkeit gezeigt, sodass es dazu möglicherweise verwendet werden kann.
Den Roboterseestern will das Forschungsteam weiter verbessern, um ihn auch Unterwasser einsetzen zu können. Zudem soll er optimiert werden, um noch steilere Anstiege erklimmen zu können und höhere Geschwindigkeiten zu erreichen.
(olb)